水利水电工程施工水流控制过程的仿真与优化方法

发布时间：2016-07-31 19:10

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水利水电工程施工水流控制过程的仿真与优化方法

钟登华等: 水利水电工程施工水流控制过程的仿真与优化方法

可视化方法、施工导流过程三维图形仿真方法以及基于系统仿真的施工导流不确定性分析方法等理论方法与技术, 并成功应用于溪洛渡、锦屏一级、糯扎渡、向家坝等多项国家重点工程中. 本文在上述工作的基础上, 针对目前存在的仿真建模复杂, 通用性差, 仿真数据、仿真计算与可视化分析难以耦合等技术难题, 提出了面向结构图的施工水流控制过程仿真与优化方法, 通过分析施工导流系统动态、非线性的时空状态, 建立了复杂施工导流过程的结构图仿真通用模型, 并实现了集仿真建模、仿真计算和仿真可视化于一体的施工水流控制过程仿真与优化系统环境, 为全面描述和分析水利水电工程施工水流控制过程提供了技术平台.

图1 复杂施工导流系统时空关系模型

现对整个施工过程的统一控制, 直观地了解任一时刻的导流信息.

1 施工水流控制系统分析

水利水电工程施工水流控制是一项复杂的动态系统工程, 根据其动态特征和内部各个环节的性质, 整体系统可分为主体建筑物子系统、导流建筑物子系统和不断变化的水流子系统. 这三者间相互制约又相互联系: 一方面, 各时段导流标准对应的来流情况确定了导流建筑物和主体建筑物的施工进度; 另一方面, 导流建筑物和主体建筑物的施工进度又影响着导流各时段导流建筑物的规划及导流标准的确定. 一旦上述这种制约关系被破坏, 则势必会导致导流风险的产生, 甚至可能会引起施工导流的失败.

整个施工水流控制过程中来流、导流建筑物规划、大坝及围堰施工进度等各环节不断动态变化, 逻辑关系极为复杂. 为简化施工导流系统建模, 根据复杂系统分解协调理论, 综合考虑主体建筑物、导流建筑物与水流控制三者间的复杂约束关系, 建立复杂条件下施工导流系统的时空关系模型, 如图1所示. 该模型各部分有其特定功能与对应的属性信息, 同时以信息为中介, 通过全过程导流规划、施工进度计划与水流控制等特定关系实现整个系统的耦合. 通过分解与耦合, 使一个纷繁复杂的系统变成了一个相互联系的协调一致的系统. 在整个施工水流控制系统中, 既能抽取各个子系统从局部细节上把握其特有的规律和运动变化过程, 又能将各子系统置于整个施工导流全过程中来考察其相互关系, 从而实

水利水电工程施工水流控制过程的仿真与优化方法

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2 面向结构图的施工导流过程仿真建模

2.1 结构图仿真方法

针对某类系统中各种可能出现的线性或非线性环节, 由环节之间的协调参数来确定结构图的输入与输出, 并根据环节的数学模型编写相应的仿真计算程序, 再以这些仿真结构图为基础, 通过输入、输出相连接构造各个系统的动态仿真模型, 通过人机交互输入各环节的类型、参数等信息进行数字仿真, 称为面向结构图的仿真方法[13,14].

对于一个动态系统中的任何环节或子系统, 都可以用一个结构图来表示[14]. 在状态空间模型中, 各环节一般由三个基本元素组成: 输入变量、状态变量和输出变量, 如图2所示. 其中输出变量又是输入变

量、采样时间以及状态变量的函数, 它们之间的数学关系式如下:

y=f0(t,x,u), (1)

c=fc(t,x,u), (2) x

xd=fd(t,x,u), (3)

水利水电工程施工水流控制过程的仿真与优化方法

c+xd. (4) x=x

图2 结构图的基本元素

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