专家PID动态控制窄缝挑坎形态的研究

徐洪

摘 要：文章创造性地提出通过专家PID动态控制液压装置改变水坝窄缝及挑坎的形状，使窄缝、挑坎始终适应当前工况。一方面可以减少窄缝和挑坎的设计裕度进而减少建造成本，另一方面又可减少下游消力塘的投资。

关键词：水坝；窄缝挑坎；专家PID；动态控制

中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）19-0058-02

Abstract： This paper creatively proposes to change the shape of the dam's slit-type flip buckets by dynamic control of the hydraulic device by the expert PID control method， so that the slit-type flip buckets are always adapted to the current working conditions. On the one hand， it can reduce the design margin of slit-type flip buckets and thus reduce the construction cost， on the other hand， it can reduce the investment in downstream plunge pond.

Keywords： dam； slit-type flip buckets； expert PID control method； dynamic control

水坝在施工时往往是根据设计水头和设计流量来确定坝身泄水孔的窄缝挑坎的形状尺寸。目前大坝坝身泄水孔的结构尺寸一旦确定就不再变化，而实际的工况又千变万化。在水位变化或泄流量变化时，泄水流速、水压往往偏离设计坝身泄水孔所采用的值，所以挑坎底板往往会承受过压、欠压或不能达到设定的挑距进而产生影响挑坎的性能。本文创造性地提出通过专家PID动态控制液压装置改变窄缝及挑坎的形状，使窄缝、挑坎始终适应当前工况。

1 流量、水位的测量

用电磁流量计测窄缝的过流量Q、用同心圆柱式电容液位仪测库水位与下游水位之差H0。由上述传感器获得流量、水位等模拟量输入，再通过PLC转换为数字量，最后输出CPU处理结果，控制机械液压装置改变窄缝形态。

2 窄缝挑坎的水力计算与分析

我们可以通过测量水头H0来算出当前工况的最优窄缝挑坎出口高程H、竖向出口挑角Ψ2、边墙收缩角α和窄缝收缩比■，然后将水电站运行水头Hmin-Hmax等间距取出水头序列计算出上述参数，再转化为PID控制器控制液压装置的参数，制出表各水头-水电站窄缝最优参数-PID控制器参数对应关系表。水电站在运行过程中就可以根据水头大小调整相应的窄缝参数，从而获得调流消能的最大效益。

为研究方便，我们仅讨论一级非对称直线边墙窄缝并近似采用一维非均匀水流模型，但是本方法对各类型窄缝均有效。各参数下标1表示窄缝进口，下标2表示窄缝出口。

3 PID控制与PLC实现

与微机控制器相比，可编程控制器（PLC）具有很强的抗干扰能力，因此PLC能在坝身泄水孔这样的恶劣环境中可靠工作。因此这里选用故障率小、故障修复时间短的PLC控制器。首先读取专家关系库中的数据，把当前水头和流量的对应PID参数发送到PLC寄存器（D1-D5）中，PLC再从寄存器中读取各参数（D16-D20）。

4 结束语

通过专家PID动态控制窄缝挑坎形态，可使窄缝挑坎自适应当前工况，从而提升窄缝挑坎的性能，减小其设计裕度进而减小投资。在采用三菱GX Works FX5CPU和Simulink进行仿真控制，能较平稳、较迅速的实现控制目的，但在实际大坝泄水孔的恶劣环境和液压装置的控制情况还有待进一步研究。

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