调水工程水力控制模型及神经网络理论的应用
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摘要
跨流域调水是21世纪中国水利的一大特点，本文分析了调水工程水力控制的现状及发展状况，研究了长距离调水工程水力控制模型和神经网络理论在该领域的应用。
本论文的主要研究内容和研究成果有：
● 通过研究明渠水力瞬变的数学描述，提出了新的适用于明渠动态特性的线性化数学模型；
● 研究了描述管道、前池和水泵水力特征的线性数学模型；
● 分析了变速泵控制前池水位的自动调节系统，建立其控制调节的数学模型；
● 采用MATLAB中Simulink作为仿真工具，建立了调水工程水力控制的面向对象可视化仿真模型；
● 尝试把神经网络理论引入到调水工程水力控制领域，以优化系统调节的动态品质。
Interbasin diversion is an important strategy of China in 21st century. Through analyzing the development, present situation and trend of this field, this paper provides a new hydraulic control model for water diversion projects and introduces the Artificial Neural Network to optimize the performances of the controlled systems.
This paper includes the following works:
Propose a linear numerical model adapting to the dynamic characteristics of open channels through theoretical research.
Give a linear numerical model oriented to hydraulic characteristics of pipe system, upper pool and pump.
Investigate the automatic control measures on regulating the upper pool water level by variable speed pumps.
Build an object oriented visual model for the hydraulic control of water diversion projects, based upon Simulink toolbox of MATLAB.
Introduce Artificial Neural Network to the hydraulic control field to optimize the performances of the controlled systems.
本论文的主要研究内容和研究成果有：
● 通过研究明渠水力瞬变的数学描述，提出了新的适用于明渠动态特性的线性化数学模型；
● 研究了描述管道、前池和水泵水力特征的线性数学模型；
● 分析了变速泵控制前池水位的自动调节系统，建立其控制调节的数学模型；
● 采用MATLAB中Simulink作为仿真工具，建立了调水工程水力控制的面向对象可视化仿真模型；
● 尝试把神经网络理论引入到调水工程水力控制领域，以优化系统调节的动态品质。
Interbasin diversion is an important strategy of China in 21st century. Through analyzing the development, present situation and trend of this field, this paper provides a new hydraulic control model for water diversion projects and introduces the Artificial Neural Network to optimize the performances of the controlled systems.
This paper includes the following works:
Propose a linear numerical model adapting to the dynamic characteristics of open channels through theoretical research.
Give a linear numerical model oriented to hydraulic characteristics of pipe system, upper pool and pump.
Investigate the automatic control measures on regulating the upper pool water level by variable speed pumps.
Build an object oriented visual model for the hydraulic control of water diversion projects, based upon Simulink toolbox of MATLAB.
Introduce Artificial Neural Network to the hydraulic control field to optimize the performances of the controlled systems.
引文
1 水规总院水利规划和战略研究中心，中国水情分析和研究报告，www.waterinfor.net.cn
2 杨立信等译，国外调水工程，北京：中国水利水电出版社，2003．8
3 贲克平，国际上大规模跨流域调水工程实例，www．nsbd．mwr．gov．cn
4 广东省东江—深圳供水改造工程泵站及全系统过渡过程计算研究报告，2002．7
5 杨开林等，山西万家寨引黄工程全系统运行计算机仿真水力瞬变计算报告，1999．9
6 赵跟模，宏伟工程南水北调，www．jwb．com．cn
7 杨开林，南水北调中线工程水力控制实时数字三维视景仿真，南水北调与水利科技，2004．2
8 王长德，下游常水位水力自动控制渠道运行动态过程及数学模型的研究，水利学报，1997．11
9 P. Novak, Development in Hydraulic Engineering-1, London and New York: Applied Science Pubishers, 1983
10 Cunge, G. Aetal, Practice aspects of computional river hydraulics, Pitman Advanced Publishing Program, 1980
11 董兴林，王念慎，郭军，调水工程不恒定流等容量控制理论与试验综述研究报告，1991．12
12 白家骢，陈正初，水电站控制理论基础，北京：水利水电出版社，1995
13 寿梅华，水轮机特性对调速器参数的影响，水利学报，1965．2
14 Stein. T, Frequency Condition under Isolated Network Condition, Water Power, 1972.7
15 程远初，叶鲁卿，水轮发电机调速器的非线性PID控制，大电机技术，2002．1
16 康玲，叶鲁卿等，基于MATLAB抽水蓄能机组控制系统的仿真研究，大水电技术，2002
17 郭创新，梁年胜，叶鲁卿，基于神经网络实现水轮机自学习PID调节，水力
发电学报，1997．1
18 魏守平，现代水轮机调节技术，武汉：华中科技大学出版社，2001
19 杨开林，电站与泵站中的水力瞬变及调节，北京：中国水利水电出版社，1999．12
20 杨开林，引黄入津工程变速泵控制前池水位的调节模型，水利水电技术，2003．8
21 [美]E.B.怀利，V.L.斯特立特，瞬变流，清华大学流体转动与控制实验室译，北京：水利电力出版社，1987．1，第二版
22 Chaudhry M H, Applied Hydraulic Transients, Van Nostrand Reinhold Comp.,Canada, 1979
23 董曾南等，水力学(上册、下册)，北京：高等教育出版社，1995．7，第四版
24 吴持恭，水力学(上册、下册)，北京：高等教育出版社，1993．4
25 绪方胜彦著，卢伯英等译，现代控制理论，北京：科学出版社，1980．7，第三版
26 王士宏，周思永，控制理论基础，北京：北京理工大学出版社，2002．9
27 张伯鹏，控制工程基础，北京：机械工业出版社，1983．10
28 范影乐等编，MATLAB仿真应用详解，北京：人民邮电出版社，2001．7
29 Dean K. Frederick & Joe H. Chow, Feedback Control Problem using MATLAB and the Control System Toolbox, 张彦斌译，西安：西安交通大学出版社，2001．11
30 Theodore E. Djaferis, Automatic Control: The Power of Feedback Using MATLAB, 曹秉刚，白志峰译，西安：交通大学出版社，2001．11
31 杨开林，石维新等，南水北调中线一期工程北京段管涵输水方案优化及可靠性研究，中国水利水电科学研究院、北京市水利规划设计研究院报告，2003．8
32 栾鸿儒，水泵与水泵站，北京：水利水电出版社，1993
33 刘竹溪，水泵与水泵站，北京：水利电力出版社，1986
34 丘传忻，泵站工程，武汉：武汉大学出版社，2001
35 杨开林，明渠结合有压管调水系统水力瞬变，水力水电技术，2002．4
36 杨开林，机组GD~2和PID调速器参数的优化设计，水利学报，1998．3
37 钟登华，长距离复杂输水系统可视化动态仿真研究，水力学和水利信息学进展大会论文集，2003
38 赖纯洁，引黄入晋输水工程全系统仿真，系统仿真学报，1999．11
39 杨开林，关于“数字南水北调工程”的设想，中国水利A辑，2003．3
40 王瑞丰，水电站输水系统水力过渡过程的可视化仿真系统研究，水利水电科技进展，2003．8
41 张智星，MATLAB程序设计与应用，北京：清华大学出版社，2002．4
42 杨开林，石维新等，南水北调中线一期工程北京段管涵输水方案优化及可靠性研究，中国水利水电科学研究院、北京市水利规划设计研究院报告，2003．8
43 赵明生，吴佑寿，神经计算的发展和展望，第十二届神经网络计算大会论文集，2002
44 黄德双，神经网络模式识别系统理论，北京：电子工业出版社，1996．5
45 阎平凡，张长水，人工神经网络与模拟进化计算，北京：清华大学出版社，2000．11
46 苑希民，李鸿雁等，神经网络和遗传算法在水科学领域的应用，北京：水利水电出版社，2002．8
47 刘金琨，先进PID控制及MATLAB仿真，北京：电子工业出版社，2003．1
48 陈燕庆，鹿浩，神经网络理论及其在控制工程中的应用，西安：西北工业大学出版社，1991．6
49 D.S. Huang, On the comparisons between RLSA and CLA for solving arbitrary linear simultaneous equations, Lecture Notes in Computer Science 2690: 189-176, Springer-Verlag, 2003
50 D.S. Huang and S.D. Ma, Linear and nonlinear feed forward neural network classifiers: A comprehensive understanding, Journal of Intelligent Systems, Vol. 9, No.1, 1-38,1999
51 闻新，周露等，MATLAB神经网络应用设计，北京：科技出版社，2001
52 飞思科技产品研发中心，MATLAB 6.5辅助神经网络分析与设计，北京：电子工业出版社，2003．1
2 杨立信等译，国外调水工程，北京：中国水利水电出版社，2003．8
3 贲克平，国际上大规模跨流域调水工程实例，www．nsbd．mwr．gov．cn
4 广东省东江—深圳供水改造工程泵站及全系统过渡过程计算研究报告，2002．7
5 杨开林等，山西万家寨引黄工程全系统运行计算机仿真水力瞬变计算报告，1999．9
6 赵跟模，宏伟工程南水北调，www．jwb．com．cn
7 杨开林，南水北调中线工程水力控制实时数字三维视景仿真，南水北调与水利科技，2004．2
8 王长德，下游常水位水力自动控制渠道运行动态过程及数学模型的研究，水利学报，1997．11
9 P. Novak, Development in Hydraulic Engineering-1, London and New York: Applied Science Pubishers, 1983
10 Cunge, G. Aetal, Practice aspects of computional river hydraulics, Pitman Advanced Publishing Program, 1980
11 董兴林，王念慎，郭军，调水工程不恒定流等容量控制理论与试验综述研究报告，1991．12
12 白家骢，陈正初，水电站控制理论基础，北京：水利水电出版社，1995
13 寿梅华，水轮机特性对调速器参数的影响，水利学报，1965．2
14 Stein. T, Frequency Condition under Isolated Network Condition, Water Power, 1972.7
15 程远初，叶鲁卿，水轮发电机调速器的非线性PID控制，大电机技术，2002．1
16 康玲，叶鲁卿等，基于MATLAB抽水蓄能机组控制系统的仿真研究，大水电技术，2002
17 郭创新，梁年胜，叶鲁卿，基于神经网络实现水轮机自学习PID调节，水力
发电学报，1997．1
18 魏守平，现代水轮机调节技术，武汉：华中科技大学出版社，2001
19 杨开林，电站与泵站中的水力瞬变及调节，北京：中国水利水电出版社，1999．12
20 杨开林，引黄入津工程变速泵控制前池水位的调节模型，水利水电技术，2003．8
21 [美]E.B.怀利，V.L.斯特立特，瞬变流，清华大学流体转动与控制实验室译，北京：水利电力出版社，1987．1，第二版
22 Chaudhry M H, Applied Hydraulic Transients, Van Nostrand Reinhold Comp.,Canada, 1979
23 董曾南等，水力学(上册、下册)，北京：高等教育出版社，1995．7，第四版
24 吴持恭，水力学(上册、下册)，北京：高等教育出版社，1993．4
25 绪方胜彦著，卢伯英等译，现代控制理论，北京：科学出版社，1980．7，第三版
26 王士宏，周思永，控制理论基础，北京：北京理工大学出版社，2002．9
27 张伯鹏，控制工程基础，北京：机械工业出版社，1983．10
28 范影乐等编，MATLAB仿真应用详解，北京：人民邮电出版社，2001．7
29 Dean K. Frederick & Joe H. Chow, Feedback Control Problem using MATLAB and the Control System Toolbox, 张彦斌译，西安：西安交通大学出版社，2001．11
30 Theodore E. Djaferis, Automatic Control: The Power of Feedback Using MATLAB, 曹秉刚，白志峰译，西安：交通大学出版社，2001．11
31 杨开林，石维新等，南水北调中线一期工程北京段管涵输水方案优化及可靠性研究，中国水利水电科学研究院、北京市水利规划设计研究院报告，2003．8
32 栾鸿儒，水泵与水泵站，北京：水利水电出版社，1993
33 刘竹溪，水泵与水泵站，北京：水利电力出版社，1986
34 丘传忻，泵站工程，武汉：武汉大学出版社，2001
35 杨开林，明渠结合有压管调水系统水力瞬变，水力水电技术，2002．4
36 杨开林，机组GD~2和PID调速器参数的优化设计，水利学报，1998．3
37 钟登华，长距离复杂输水系统可视化动态仿真研究，水力学和水利信息学进展大会论文集，2003
38 赖纯洁，引黄入晋输水工程全系统仿真，系统仿真学报，1999．11
39 杨开林，关于“数字南水北调工程”的设想，中国水利A辑，2003．3
40 王瑞丰，水电站输水系统水力过渡过程的可视化仿真系统研究，水利水电科技进展，2003．8
41 张智星，MATLAB程序设计与应用，北京：清华大学出版社，2002．4
42 杨开林，石维新等，南水北调中线一期工程北京段管涵输水方案优化及可靠性研究，中国水利水电科学研究院、北京市水利规划设计研究院报告，2003．8
43 赵明生，吴佑寿，神经计算的发展和展望，第十二届神经网络计算大会论文集，2002
44 黄德双，神经网络模式识别系统理论，北京：电子工业出版社，1996．5
45 阎平凡，张长水，人工神经网络与模拟进化计算，北京：清华大学出版社，2000．11
46 苑希民，李鸿雁等，神经网络和遗传算法在水科学领域的应用，北京：水利水电出版社，2002．8
47 刘金琨，先进PID控制及MATLAB仿真，北京：电子工业出版社，2003．1
48 陈燕庆，鹿浩，神经网络理论及其在控制工程中的应用，西安：西北工业大学出版社，1991．6
49 D.S. Huang, On the comparisons between RLSA and CLA for solving arbitrary linear simultaneous equations, Lecture Notes in Computer Science 2690: 189-176, Springer-Verlag, 2003
50 D.S. Huang and S.D. Ma, Linear and nonlinear feed forward neural network classifiers: A comprehensive understanding, Journal of Intelligent Systems, Vol. 9, No.1, 1-38,1999
51 闻新，周露等，MATLAB神经网络应用设计，北京：科技出版社，2001
52 飞思科技产品研发中心，MATLAB 6.5辅助神经网络分析与设计，北京：电子工业出版社，2003．1
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