PT Unknown
AU Nguyen, L
TI River modeling for control tasks in water systems
PD March
PY 2018
WP https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00034340
LA en
DE Staustufenkette; Fließverhalten; Hydrodynamisches Modell; Trapezquerschnitt; Zeitverzögertes System; Fließgewässer; MATLAB; SIMULINK
AB Die Saint Venant Gleichungen (Englisch: Saint Venant Equations; SVEs) werden sehr häutig eingesetzt, um das Fließverhalten im offenen Kanal / Fluss zu beschreiben. Einerseits benötigen Modelle, die auf den SVEs basieren, sehr viele Daten für die Parametrierung und auch große Rechenzeiten, um das Fließverhalten zu simulieren. Andererseits sind vereinfachte Modelle eine oft angewandte Technik, um komplexe hydrodynamische Modelle für die modellbasierte Steuerung einzusetzen ohne die wichtigsten dynamischen Attribute zu vernachlässigen. Das adaptive Zeitverzögerungsmodell (Englisch: Adaptive Time Delay; ATD) erweitert den Anwendungsbereich des bisher eingesetzten Zeitverzögerungsmodells durch Simulation des Durchflusses mit einer prismatischen Trapezgeometrie. In dieser Arbeit wird die mathematische Herleitung des ATD-Modells aus dem linearisierten Saint Venant-Modell (SVEs) dargestellt. Die Übertragungsfunktionen des ATD-Modells und des komplexen hydraulischen Modells (SVEs) werden mittels Laplace-Transformation abgeleitet. Es wird die Taylor-Reihen-Entwicklung verwendet, um die Kumulanten der beiden Übertragungsfunktionen zu finden, und um daraus die Zeitkonstante und Totzeit des ATD-Modells als Funktionen der komplexen hydraulischen Modellparameter abzuleiten. Eine weitere Neuerung ist die Kopplung des ATD-Modells mit dem Reservoir-Modell, um den Effekt des Rückstaus zu simulieren. Das Gerinne ist dabei grundsätzlich in zwei Teile unterteilt: der stromaufwärtige gleichförmige Durchflussbereich und der stromabwärtige Rückstaubereich. Die Länge ist abhängig von der Fließgeschwindigkeit und dem stromabwärtigen Zustand. Die Modellparameter sind damit Funktionen sowohl der Fließgeschwindigkeit als auch der Länge der genannten Bereiche. Der dritte Beitrag in dieser Dissertation ist ein Verfahren, um Parameter des ATD-Modells anhand eines komplexen hydraulischen Modells zu identifizieren. Zunächst wird die typische Hydrographie eines extremen Hochwasserereignisses durch das Verfahren der medianen Hydrographanalyse erzeugt. Zweitens wird der typische Abfluss durch das komplexe Hydraulikmodell simuliert, um das Abflussverhalten zu bestimmen. Dann werden diese Daten verwendet, um Parameter des ATD-Modells durch ein Optimierungsverfahren zu ermitteln. Die Anwendung der neu entwickelten Verfahren wird am Beispiel der optimalen Steuerung einer Staustufenkaskade gezeigt. Der Vorteil ist, dass das ATD-Modell die Systemdynamik sehr gut beschreiben kann. Alle Modellerweiterungen, die in dieser Arbeit vorgestellt werden, wurden in die WaterLib Toolbox von der MATLAB SIMULINK zur Simulation von Wassersystemen integriert.
PI Ilmenau
ER