一种水联网灌区的全渠系自适应预测控制方法

技术特征：
1.一种水联网灌区的全渠系自适应预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：建立全渠道系统控制模型；根据全渠道系统控制模型对水位变化过程进行预测；依据全渠道系统的实时运行需求，设定自动控制的时间间隔，并明确渠道内水流的约束条件；在渠道运行约束条件的限定下，联合求解控制时域内全渠道系统所有闸门的开度动作。2.根据权利要求1所述的一种水联网灌区的全渠系自适应预测控制方法，其特征在于，建立全渠道系统控制模型的具体步骤如下：识别灌区内全部闸门的控制模式；根据灌区内全部闸门的控制模式，建立状态空间方程形式的系统控制模型。3.根据权利要求2所述的一种水联网灌区的全渠系自适应预测控制方法，其特征在于，建立状态空间方程形式的系统控制模型具体如下：根据迟滞时间的大小，选择组成状态变量x(k)和扰动变量d(k)的历史长度范围，以节制闸调控动作为控制变量u(k)，水位偏差为输出变量y(k)，建立如下状态空间方程形式的系统控制模型：x(k 1)＝gx(k) hu(k) zd(k)；y(k)＝cx(k)；式中，g为状态矩阵，h为控制矩阵，z为扰动矩阵，c为输出矩阵。4.根据权利要求2或3所述的一种水联网灌区的全渠系自适应预测控制方法，其特征在于，还包括利用优化算法，对自动控制模型的参数进行在线寻优。5.根据权利要求1所述的一种水联网灌区的全渠系自适应预测控制方法，其特征在于，根据全渠道系统控制模型对水位变化过程进行预测包括：预测伪均匀流区的蓄水量变化；预测控制点水位的变化。6.根据权利要求1所述的一种水联网灌区的全渠系自适应预测控制方法，其特征在于，依据全渠道系统的实时运行需求，设定自动控制的时间间隔，并明确渠道内水流的约束条件，包括：设定自动控制的时间间隔；分析系统变量的约束条件，其中，一是水位控制约束，二是水位变速控制约束，三是流速控制约束。7.根据权利要求6所述的一种水联网灌区的全渠系自适应预测控制方法，其特征在于，水位在预测时域内的上下界分别为y
u
、y
l
时，水位控制约束表达式如下：其中，x(k)是系统的状态变量，u(k)、d(k)分别是系统的控制变量u(k)、扰动变量d(k)在预测时域上的列向量形式的合并，y
u
、y
l
分别是水位在预测时域内的上、下界。m
x
、m
u
、m
d
是系数矩阵。8.根据权利要求1所述的一种水联网灌区的全渠系自适应预测控制方法，其特征在于，
在渠道运行约束条件的限定下，联合求解控制时域内全渠道系统所有闸门的开度动作，具体如下：建立自动控制系统优化的目标函数；求解约束条件下目标函数最小化时的所有闸门的开度动作。

技术总结
本发明公开了一种水联网灌区的全渠系自适应预测控制方法，涉及灌溉输配水自动控制与水资源管理领域。本发明包括以下步骤：建立全渠道系统控制模型；根据全渠道系统控制模型对水位变化过程进行预测；依据全渠道系统的实时运行需求，设定自动控制的时间间隔，并明确渠道内水流的约束条件；在渠道运行约束条件的限定下，联合求解控制时域内全渠道系统所有闸门的开度动作。本发明可有效适应灌溉过程中的多种未知扰动和灌溉输配水系统的时变性质，显著减小渠道运行中的水位波动，实现精量化、智能化灌溉，大幅降低灌区管理的人力成本，有效提高灌区的水资源利用效率和管理水平。高灌区的水资源利用效率和管理水平。高灌区的水资源利用效率和管理水平。


技术研发人员：刘晋龙 王忠静 朱现坡 杨志刚 王瑶 张腾
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2022.01.26
技术公布日：2022/4/29