發(fā)布時間：2017-12-08 12:02

  本文關(guān)鍵詞：管線流動最優(yōu)控制計算研究

  更多相關(guān)文章： 水錘效應 最優(yōu)邊界控制 半離散方法 控制序列參數(shù)化 偏微分方程 變分法 時間尺度變換方法

【摘要】：近年來,各種管道流體運輸系統(tǒng)(石油化工管道、城市排水管道、自來水管道等)在人類生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著越來越重要的作用,相比與其它運輸系統(tǒng),它具有高效、安全、經(jīng)濟等多方面優(yōu)勢。同時,管道所運輸?shù)牧黧w能源通常是決定經(jīng)濟安全的關(guān)鍵因素之一,直接關(guān)系到國家經(jīng)濟安全和人民生產(chǎn)生活。在管道運行過程中,突然停泵等原因時常引起水錘效應。此故障產(chǎn)生巨大的壓力波,引發(fā)管道流體系統(tǒng)大面積的癱瘓,對管道流體安全、穩(wěn)定、高效地運行帶來了巨大挑戰(zhàn)。本文從Saint-Venant方程出發(fā),采用控制序列參數(shù)化方法,研究管道水錘抑制的優(yōu)化與控制問題。主要內(nèi)容和研究成果包括以下三個方面:1.當流體在管道中突然停止或改變方向時,管內(nèi)的壓力會大幅度地增加而產(chǎn)生壓力波。這個現(xiàn)象叫做水錘效應,會對管道造成重大損害甚至是崩潰。因此,我們提出一個在閥門關(guān)閉過程中減輕水錘效應的最優(yōu)邊界控制問題。管道流體的流動方程用一組非線性雙曲偏微分方程(Partial Differential Equation,PDE)描述,管道末端的閥門一一邊界執(zhí)行器代表著系統(tǒng)實際的物理控制量。為了解決此邊界控制問題,我們首先對原始PDE系統(tǒng)采用半離散方法來得到一個有限維的常微分方程(Ordinary Differential Equation,ODE)。至于邊界控制器的設(shè)計,我們采用控制變量參數(shù)化方法來獲得一個近似最優(yōu)參數(shù)選擇問題。該問題可以使用非線性優(yōu)化技術(shù)解決,比如序列二次規(guī)劃法(Sequential Quadratic Programming,SQP)方法。最后,我們用仿真結(jié)果來展示此最優(yōu)邊界控制策略對水錘抑制的可行性和有效性。2.針對閥門關(guān)閉過程中水錘抑制的問題,提出一種基于控制變量參數(shù)化方法的直接PDE優(yōu)化的方法。為了解決此最優(yōu)邊界控制問題,我們用控制變量參數(shù)化方法來近似時變的邊界控制曲線,且此控制曲線是由含有控制參數(shù)集的線性基函數(shù)組成。然后,針對這些控制參數(shù),我們利用變分原理推導出目標函數(shù)的梯度公式。這些梯度公式取決于狀態(tài)方程及另一個輔助PDE的解,此輔助方程叫做協(xié)態(tài)方程。狀態(tài)方程和協(xié)態(tài)方程都可使用半離散方法數(shù)值求解。根據(jù)獲得的梯度公式,我們提出一個基于梯度的優(yōu)化方法求解最優(yōu)邊界控制問題。數(shù)值結(jié)果表明最優(yōu)邊界控制具有顯著降低壓力波動的能力。3.針對Saint-Venant PDEs這類分布參數(shù)系統(tǒng),我們提出了 一種新的基于時間尺度變換方法的計算最優(yōu)控制方法。此新方法可以直接將Saint-Venant PDEs這類分布參數(shù)系統(tǒng)的均等控制子時間區(qū)間變換成非均勻的。在時間尺度變換方法處理后,半離散方法就可數(shù)值求解Saint-Venant PDEs和相應的協(xié)態(tài)PDEs。最后,我們比較了時間尺度變換和無時間尺度變換這兩種方法的控制效果,仿真結(jié)果充分驗證了所提算法的可行性和有效性。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O232

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 高婷婷;張明會;;分割變換方法在數(shù)學分析中的應用[J];首都師范大學學報(自然科學版);2013年05期

2 王國榮;簡逢敏;;直接解算誤差或條件方程組的平面映象變換方法[J];勘察技術(shù);1978年02期

3 胡友秋;軸對稱磁靜平衡態(tài)Ⅰ.微變換方法[J];空間科學學報;1988年04期

4 劉林;;非正則形式變換方法的應用[J];南京大學學報(自然科學版);1983年02期

5 陳宇，，王遵立，王瑞光，樸燕;一種布爾變換及解變換方法在數(shù)據(jù)處理中的應用[J];發(fā)光學報;1996年03期

6 陳永衡;耦合振蕩規(guī)律的數(shù)學描述[J];煙臺師范學院學報(自然科學版);1998年03期

7 劉林;;關(guān)于非線性系統(tǒng)變換方法的幾點注解[J];天文學報;1982年03期

8 姚海敏;趙一晗;;自由網(wǎng)參考基準變換方法的探討[J];鐵道勘察;2006年06期

9 劉林,章圣泮;非正則形式的變換方法及其應用[J];中國科學(A輯 數(shù)學 物理學 天文學 技術(shù)科學);1983年05期

10 黃福勇;灰色系統(tǒng)建模的變換方法[J];系統(tǒng)工程理論與實踐;1994年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉麗華;肜淼;劉揚;商德江;;半空間全息變換方法反演材料反射系數(shù)[A];中國聲學學會2006年全國聲學學術(shù)會議論文集[C];2006年

2 暴雪梅;何祚鏞;;寬帶、非共形全息聲場變換方法[A];水下噪聲學術(shù)論文選集（1985-2005）[C];2005年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳特歡;管線流動最優(yōu)控制計算研究[D];浙江大學;2016年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李小英;基于Java的逆向變換方法及工具的研究[D];汕頭大學;2002年

2 周甄川;一個3×3矩陣譜問題及其Darboux變換[D];華東師范大學;2006年

3 向朝森;基于二值形態(tài)學的形態(tài)變換方法及應用[D];中南民族大學;2011年

本文編號：1266285