Аннотация

Цель: анализ вопросов разработки и применения системы автоматического управления технологическим процессом водораспределения в Донском магистральном канале (ДМК) с использованием ПИД-регуляторов и схемы управления по верхнему бьефу. Актуальность указанной цели обосновывается тем, что эффективное управление уровнем воды в канале имеет большое значение для сельскохозяйственного производства и обеспечения водой прилегающих территорий. В статье проводится анализ основных компонентов системы управления, включая ПИД-регуляторы, схему управления по верхнему бьефу. Рассматривается возможность применения данных компонентов для эффективного контроля и регулирования уровня воды в канале.

Материалы и методы. Выполнен подробный анализ факторов, которые необходимо учитывать при проектировании системы автоматического управления водой в канале с использованием ПИД-регуляторов. Предложен алгоритм управления уровнем воды в канале по верхнему бьефу с использованием ПИД-регуляторов. 

Результаты. Предложены мероприятия по разработке и внедрению системы управления водораспределением в ДМК. Указывается, что при проектировании системы управления следует учитывать конфигурацию канала и принимать меры для обеспечения равномерного распределения воды по всей его длине с учетом неустановившегося движения воды в ДМК. Результаты анализа показывают, что система автоматического управления с использованием ПИД-регуляторов и схемы управления по верхнему бьефу имеет потенциал для эффективного управления уровнем воды в ДМК.

Выводы. На основе проведенного анализа сделан вывод о возможности успешного проектирования системы автоматического управления водой в ДМК с использованием ПИД-регуляторов и схемы управления по верхнему бьефу. Дальнейшее исследование и разработка могут способствовать оптимизации управления водораспределением и повышению эффективности сельскохозяйственного производства в регионе.

doi: 10.31774/2712-9357-2023-13-4-362-384

Для цитирования

Анализ возможности проектирования системы автоматического управления технологическим процессом водораспределения с использованием ПИД-регуляторов при управлении по верхнему бьефу в Донском магистральном канале / А. А. Ткачев, А. М. Анохин, И. Г. Литуновский, Д. А. Симончук // Мелиорация и гидротехника. 2023. Т. 13, № 4. С. 362–384. https://doi.org/10.31774/2712-9357-2023-13-4-362-384.

Список литературы

1. Ядров Ю. Г. Основы автоматизированного управления технологическими процессами. М.: Литера, 2019. 189 с.

2. Ткачев А. А., Ольгаренко И. В. Современные проблемы в управлении водораспределением в магистральных каналах оросительных систем // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации [Электронный ресурс]. 2021. Т. 11, № 2. С. 1–23. URL: http:www.rosniipm-sm.ru/article?n=1192 (дата обращения: 01.07.2023). DOI: 10.31774/2222-1816-2021-11-2-1-23.

3. Болатбеков М. А., Байсакалов Б. А. Проектирование систем автоматического управления. Алматы: КазНУ, 2012. 157 с.

4. Automation of water distribution management during the reconstruction of main irrigation canals / A. A. Tkachev, Yu. G. Ivanenko, V. V. Zarubin, I. V. Olgarenko // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 537. 032070. DOI: 10.1088/1757-899X/537/3/032070.

5. Кроневетер А. В., Костромина А. Г. Системы автоматического управления. СПб.: Питер, 2016. 214 с.

6. Данилов В. П., Попов Е. П. Проектирование систем автоматического управления. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2004. 178 с.

7. Чэн Ч. Устойчивость в неустановившемся гидравлическом движении. М.: Мир, 1989. 215 с.

8. Барух М. Элементы теории искусственного интеллекта в системах управления. М.: Наука, 2006. 173 с.

9. Variational estimation of effective channel and ungauged anabranching river discharge from multi-satellite water heights of different spatial sparsity / P.-A. Garambois, K. Larnier, J. Monnier, P. Finaud-Guyot, J. Verley, A.-S. Montazem, S. Calmant // Journal of Hydrology. 2020. Vol. 581. 124409. https:doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.124409.

10. Исследование процессов трансформации расходов и глубин воды в деривационном канале ГЭС при суточном регулировании стока / Ю. Г. Иваненко, А. А. Ткачев, А. М. Бакштанин, К. Г. Гурин // Гидротехническое строительство. 2022. № 4. С. 26–30. http:dx.doi.org/10.34831/EP.2022.64.50.005.

11. Чоу В. Теория неустановившегося движения жидкостей. М.: Мир, 1973. 188 с.

12. Крушинский В. М., Боков С. Н. Открытые гидравлические каналы. М.: Высш. шк., 1987. 209 с.

13. Чейлд Р., Фалл А. Р. Расчет открытых каналов: гидрология и гидравлика. М.: Стройиздат, 1987. 166 с.

14. Стивенсон У. Дж. Промышленное управление и регулирование. М.: Техносфера, 2010. 230 с.

15. Манн Дж., Рейнольдс Дж. Микроконтроллеры: принципы и применение. М.: Техносфера, 2007. 218 с.

16. Control theory-based data assimilation for open channel hydraulic models: tuning PID controllers using multi-objective optimization / M. Milašinović, D. Prodanović, M. Stanić, B. Zindović, B. Stojanović, N. Milivojević // Journal of Hydroinformatics. 2022, 1 July. 24(4). P. 898–916. https:doi.org/10.2166/hydro.2022.034.

17. PID controllers as data assimilation tool for 1D hydrodynamic models of different complexity / M. Milašinović, B. Zindović, N. Rosić, D. Prodanović // Advances in Hydroinformatics / P. Gourbesville, G. Caignaert (eds). Singapore: Springer, 2020. P. 1009–1022. https:doi.org/10.1007/978-981-15-5436-0_76.

18. Deep learning data-intelligence model based on adjusted forecasting window scale: application in daily streamflow simulation / M. Fu, T. Fan, Z. Ding, S. Q. Salih, N. Al-Ansari, Z. M. Yaseen // IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 32632–32651. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2974406.

19. Improving flood forecasting using an input correction method in urban models in poorly gauged areas / M. C. Fava, M. Mazzoleni, N. Abe, E. M. Mendiondo, D. P. Solomatine // Hydrological Sciences Journal. 2020. 65(7). P. 1096–1111. http:dx.doi.org/10.1080/02626667.2020.1729984.