專家PID動態控制窄縫挑坎形態的研究

徐洪

摘 要：文章創造性地提出通過專家PID動態控制液壓裝置改變水壩窄縫及挑坎的形狀，使窄縫、挑坎始終適應當前工況。一方面可以減少窄縫和挑坎的設計裕度進而減少建造成本，另一方面又可減少下游消力塘的投資。

關鍵詞：水壩；窄縫挑坎；專家PID；動態控制

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A 文章編號：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

水壩在施工時往往是根據設計水頭和設計流量來確定壩身泄水孔的窄縫挑坎的形狀尺寸。目前大壩壩身泄水孔的結構尺寸一旦確定就不再變化，而實際的工況又千變萬化。在水位變化或泄流量變化時，泄水流速、水壓往往偏離設計壩身泄水孔所采用的值，所以挑坎底板往往會承受過壓、欠壓或不能達到設定的挑距進而產生影響挑坎的性能。本文創造性地提出通過專家PID動態控制液壓裝置改變窄縫及挑坎的形狀，使窄縫、挑坎始終適應當前工況。

1 流量、水位的測量

用電磁流量計測窄縫的過流量Q、用同心圓柱式電容液位儀測庫水位與下游水位之差H0。由上述傳感器獲得流量、水位等模擬量輸入，再通過PLC轉換為數字量，最后輸出CPU處理結果，控制機械液壓裝置改變窄縫形態。

2 窄縫挑坎的水力計算與分析

我們可以通過測量水頭H0來算出當前工況的最優窄縫挑坎出口高程H、豎向出口挑角Ψ2、邊墻收縮角α和窄縫收縮比■，然后將水電站運行水頭Hmin-Hmax等間距取出水頭序列計算出上述參數，再轉化為PID控制器控制液壓裝置的參數，制出表各水頭-水電站窄縫最優參數-PID控制器參數對應關系表。水電站在運行過程中就可以根據水頭大小調整相應的窄縫參數，從而獲得調流消能的最大效益。

為研究方便，我們僅討論一級非對稱直線邊墻窄縫并近似采用一維非均勻水流模型，但是本方法對各類型窄縫均有效。各參數下標1表示窄縫進口，下標2表示窄縫出口。

3 PID控制與PLC實現

與微機控制器相比，可編程控制器（PLC）具有很強的抗干擾能力，因此PLC能在壩身泄水孔這樣的惡劣環境中可靠工作。因此這里選用故障率小、故障修復時間短的PLC控制器。首先讀取專家關系庫中的數據，把當前水頭和流量的對應PID參數發送到PLC寄存器（D1-D5）中，PLC再從寄存器中讀取各參數（D16-D20）。

4 結束語

通過專家PID動態控制窄縫挑坎形態，可使窄縫挑坎自適應當前工況，從而提升窄縫挑坎的性能，減小其設計裕度進而減小投資。在采用三菱GX Works FX5CPU和Simulink進行仿真控制，能較平穩、較迅速的實現控制目的，但在實際大壩泄水孔的惡劣環境和液壓裝置的控制情況還有待進一步研究。

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