УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ВЫРАВНИВАНИЯ УРОВНЕЙ ВОДЫ МЕЖДУ КАМЕРОЙ СУДОХОДНОГО ШЛЮЗА С РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ВОДЫ И БЬЕФОМ

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.

управление, судоходные шлюзы, прогнозирующие модели, система наполнения камеры водой

1. Моргунов К. П. Судоходные гидротехнические сооружения: учебник для вузов / К. П. Моргунов, А. М. Гапеев. - СПб.: Лань, 2021. - 235 с.

2. Гарибин П. А. Судоходные шлюзы для регионов с дефицитом водных ресурсов: монография / П. А. Гарибин, С. В. Ларионов, С. А. Головков; под ред. д-ра техн. наук П. А. Гарибина. - СПб.: СПГУВК, 2009. - 320 с.

3. Атавин А. А. Гидродинамические аспекты нештатных и аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях: монография / А. А. Атавин, В. И. Букреев, О. Ф. Васильев, В. В. Дегтярев, A. П. Яненко; под ред. д-ра техн. наук, проф. В. В. Дегтярева (мл.). - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2009. - 327 с.

4. Atavin A. A. The Mathematical Modeling of Hydrodynamic Processes in Navigation Passes and the Optimal Control of Vessel’s Passing through a Shipping Lock / A. A. Atavin, P. V. Stepanova, V. V. Tarasevich, A. P. Yanenko // Proceedings of the 28th IAHR World Congress (Graz, 1999). - 1999.

5. Васильев О. Ф. Нестационарные процессы в судопропускных сооружениях: математическое и лабораторное моделирование, натурные испытания / О. Ф. Васильев, А. А. Атавин, В. В. Дегтярев, В. П. Сапцин, А. П. Яненко // Научные и прикладные аспекты гидродинамики, гидрофизики и экологии водных объектов. Труды научной конференции, посвященной 90-летию академика Олега Федоровича Васильева. - Барнаул: ООО «Пять плюс», 2019. - С. 110-118.

6. Головков С. А. Распределение воды в судоходных шлюзах: монография / С. А. Головков, П. А. Гарибин, А. М. Гапеев. - СПб.: СПГУВК, 2009. - 154 с.

7. Михайлов А. В. Гидросооружения водных путей, портов и континентального шельфа. Ч. I: Внутренние водные пути / А. В. Михайлов. - Изд-во АСВ, 2004. - 448 с.

8. Липатов И. В. Гидродинамика речных потоков и ее влияние на эксплуатационные параметры судоходных гидротехнических сооружений: методология исследований: монография / И. В. Липатов. - Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2006. - 100 с.

9. Wang H. Z. Behaviours of a Ship Passing through a Lock under the Influence of a Berthed Ship / H. Z. Wang, Z. J. Zou // IWNTM13: International Workshop on Nautical Traffic Models 2013, Delft, The Netherlands, July 5-7, 2013. - Delft University of Technology, 2013. - Pp. 62-70.

10. Гиргидов А. А. Гибридное моделирование в проектировании гидротехнических сооружений и FLOW-3D® как средство его реализации / А. А. Гиргидов // Инженерно-строительный журнал. - 2011. - № 3 (21). - С. 21-27.

11. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А. А. Красовского. - М.: Наука, 1987. - 712 с.

12. Кабанов С. А. Управление системами на прогнозирующих моделях: монография / С. А. Кабанов. - СПб: Изд-во СПбГУ, 1997. - 200 с.