Рассмотрен вопрос разработки решений по повышению пропускной способности внутренних водных путей за счет эффективного управления системой питания камеры судоходного шлюза водой, согласно приоритетам развития внутреннего водного транспорта Российской Федерации. Предметом исследований является процесс выравнивания уровней воды в двух сообщающихся сосудах. На современном этапе развития исследований решение этой задачи связано с итерационной процедурой, сходимость которой существенно зависит от выбора начального приближения и шага численного интегрирования. В работе предложено использование метода синтеза оптимального управления (познание объекта как единого целого, в единстве и взаимной связи его частей) изменением уровня воды в камере шлюза. При этом рассмотрено решение задачи совмещенного оптимального управления нелинейной системой по иерархии функционалов. Дано представление о самоорганизующемся оптимальном регуляторе с экстраполяцией А. А. Красовского. Особое внимание уделено оптимизации управления при малых вычислительных затратах в процессе формирования системы. Предложенное в работе использование прогнозирующих моделей позволяет получить удобные на практике алгоритмы, не требующие при их внедрении глубоких фундаментальных знаний теории управления. Показана работоспособность исследуемых алгоритмов при изменении времени процесса. Представленное решение дает возможность выполнить сравнительный анализ различных методов выравнивания уровней воды между камерой судоходного шлюза с распределительной системой питания и соответствующим бьефом, что позволяет решить одну из задач актуальной проблемы повышения пропускной способности судоходных шлюзов на участке водного пути при безусловном выполнении обеспечения безопасных условий шлюзования.
The development of solutions to increase the throughput capacity of inland waterways through the effective management of the water supply system of the shipping lock chamber corresponds to the priorities of the development of inland water transport of the Russian Federation. The subject of research is the process of leveling the water levels in two communicating vessels. At the present stage of researches development, the solution of this problem is associated with an iterative procedure, the convergence of which essentially depends on the choice of the initial approximation and the step of numerical integration. The method of synthesis of the optimal control of changing the water level in the lock chamber is proposed in the paper (knowledge of an object as a single whole, in the unity and interconnection of its parts). At the same time, the solution of the problem of combined optimal control of a nonlinear system according to the hierarchy of functionals is considered. An idea of a self-organizing optimal controller with Krasovsky extrapolation is given. Particular attention is paid to control optimization at low computational costs in the process of system formation. The use of predictive models proposed in the paper makes it possible to obtain practical algorithms that do not require deep fundamental knowledge of control theory when they are introduced. The efficiency of the studied algorithms, when the process time changes, is shown. The presented solution makes it possible to carry out a comparative analysis of various methods of leveling water levels between the chamber of a shipping lock with a distribution power supply system and the corresponding pool, which allows solving one of the urgent problem of increasing the throughput of shipping locks in a section of the waterway with the unconditional fulfillment of ensuring safe locking conditions.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.