KAZIMIERZ DUZINKIEWICZ
Zintegrowane sterowanie systemami zaopatrzenia w wodę pitną
Streszczenie
Optymalne ekonomicznie zaspokojenie w miastach bieżącego zapotrzebowania na wodę pitną tak, aby spełnione były wymagania jakości dostaw oraz jakości samej wody jest złożonym zadaniem. Zarówno aspekty aplikacyjne, jak i teoretyczne tego problemu są przedmiotem intensywnych prac prowadzanych w sektorach naukowych i przemysło­wych na całym świecie. Prace te finansowane są przez przemysł, komitety naukowe oraz Programy Ramowe Unii Europejskiej. Jest to problem interdyscyplinarny integru­jący wiedzę z systemów środowiskowych, technologii informacyjnych oraz sterowania systemami. Stał się on szczególnie ważny teraz, ze względu na pesymistyczne progno­zy odnoszące się do światowych zasobów wody i postępującą degradację jej jakości, będącą wynikiem, często mało przemyślanej, działalności człowieka. Dzisiaj już nie kwestionuje się stwierdzenia, że rozwiązanie tego problemu prowadzi przez zastosowa­nie zaawansowanych technologii systemów sterowania.
Tematem pracy jest synteza struktury oraz algorytmów sterowania systemami zaopatrzenia w wodę pitną w miastach, gdzie problemy jakości wody mają pierwszo­planowe znaczenie. Rozważane są zagadnienia sterowania hydrauliką i jakością wody.
Ze względu na zależność pomiędzy hydrauliką i jakością wody, te dwa aspekty traktowane są łącznie i uzyskiwane sterowanie optymalizujące jest w tym sensie zin­tegrowane. Istnienie dwóch różnych skal czasu w dynamice obiektu (dynamika pro­cesów jakości i hydrauliki wody) zostało efektywnie uwzględnione na drodze hie­rarchicznej strukturalizacji funkcjonalnej systemu sterowania wyróżniającej dwie warstwy: wolną (hydraulika i zgrubna jakość) i szybką (korekcja trajektorii jakości).
Podstawową technologią sterowania jest optymalizujące sterowanie predykcyjne. Konieczność spełnienia ograniczeń na wyjścia i stan w warunkach niepewnych zapo­trzebowań na wodę wymaga gwarancji dopuszczalności generowanych sterowań. Przedstawiony został nowy mechanizm krzepkiego, w sensie dopuszczalności, opty­malizującego sterowania predykcyjnego z przedziałowym modelem niepewności.
Złożoność dynamiki obiektu wymaga specjalnych modeli dla celów syntezy stero­wania w dolnej, szybkiej warstwie. Dyskretyzowanie opóźnień transportowych wpro­wadza dodatkową niepewność w tych modelach. Niepewność ta jest zbyt duża, aby można było wykorzystać te modele dla celów krzepkiego sterowania. Uzależnienie pa­rametrów tych modeli od punku pracy pozwala na zredukowanie niepewności i prowa-
11

              Tytuł: 

              Autor: KAZIMIERZ DUZINKIEWICZ

              Wydawnictwo i rok wydania: 2005

              Stan: -bdb

              Oprawa: miękka

              Ilość stron i format: 482str.

              16,5x24 cm

              Ilustracje: rys.

              Spis treści: 
Spis treści
Streszczenie 11
Summary 13
Podziękowania 17
1. Wstęp 19
Istotność tematyki rozprawy 23
Cele i zakres rozprawy 27

System zaopatrzenia w wodę pitną (SZwWP) 33
Zintegrowane sterowanie hydrauliką
i jakością wody w SZwWP , 39
Modelowanie SZwWP i charakteryzacja niepewności 40
Estymacja stanu systemu i parametrów modeli
w sterowaniu SZwWP 42
1.2.5. Krzepkie sterowanie predykcyjne SZwWP 43
Rys rozwojowy i stan obecny tematyki związanej z rozprawą 44
Główne wyniki rozprawy 48
2. Charakterystyka obiektów, procesów
i systemu zaopatrzenia w wodę pitną 53
2.1. Charakterystyka podsystemów systemu zaopatrzenia
w wodę pitną 54
2.1.1. Ujmowanie wody 55
Ujmowanie wód powierzchniowych 55
Ujmowanie wód podziemnych 55

Transport wody 55
Gromadzenie i przechowywanie wody 57
Uzdatnianie wody 59
2.2. Procesy hydrauliki i jakości wody w SZwWP 60
2.2.1. Charakterystyka procesów hydrauliki w SZwWP 60
Założenia o właściwościach wody w SZwWP 60
Założenia dotyczące warunków przepływu wody
w rozważanych SDiDW 61
2.2.2. Charakterystyka jakości wody ujmowanej w SZwWP 61
Charakterystyka jakościowa wód naturalnych 61
Charakterystyka jakościowa wód podziemnych 63
Charakterystyka jakościowa wód powierzchniowych 63
2.2.3. Organizmy żywe w wodzie i ich wpływ na jakość 64
Bakterie 64
Inne organizmy wodne 65

Utrzymanie jakości wody w SDiDW 66
Procesy jakościowe po uzdatnieniu wody 66
Organizmy żywe w rurociągach dostarczania
i dystrybucji wody pitnej 69
2.2.7. Zwalczanie i usuwanie organizmów
w stacjach uzdatniania wody 70
2.2.8. Utlenianie i dezynfekcja w procesach uzdatniania wody
- użycie chloru 71
2.2.9. Chlorowanie wody 73
Produkty uboczne chlorowania 75
Metody obniżania stężenia produktów ubocznych chlorowania
w SDiDW 77
Procesy mikrobiologiczne w SDiDW 78
Stabilność biologiczna wody do picia 79
2.3. Charakterystyka elementów SDiDW 81
2.3.1. Rurociągi 81
Charakterystyka strat tarcia 82
Charakterystyka strat miejscowych 83

Pompy i układy pompowe 83
Zawory 85

Zawory odcinające 85
Zawory kierunkowe (zwrotne) 86
Zawory poziomu 86
Zawory regulacyjne 86
2.3.4. Zbiorniki i rezerwuary 88
3. Hierarchiczna struktura zintegrowanego sterowania hydrauliką
i jakością w SZwWP 89
3.1. Problem sterowania SZwWP 90
Cele - kryteria i zadanie sterowania SZwWP 92
Ograniczenia sterowania SZwWP 98
3.2. Dwuwarstwowa struktura zintegrowanego sterowania SZwWP 99
4. Modele fizyczne procesów hydrauliki i jakości wody 105
4.1. Podstawa budowy modeli fizycznych
-uproszczone postacie praw zachowania 108
4.1.1. Prawo zachowania masy wody (ciąglości) 109
Model hydrauliki węzła połączeniowego 109
Model hydrauliki węzła zbiornikowego 110
4.1.2. Prawo zachowania masy domieszki wody 112
Model jakości węzła połączeniowego 112
Model o parametrach skupionych jakości
węzła zbiornikowego 113
4.1.3. Prawo zachowania energii 113
4.2. Modele hydrauliki wody 117
4.2.1. Modele elementów SDiDW 118
Modele węzłów systemu 119
Modele połączeń systemu 120
4.2.2. Modele hydrauliki sieci wodociągowej 131
4.3. Modele jakości wody 133
4.3.1. Modele jakości fizyczno-chemicznej 133
Modele dynamiki stężeń substancji zachowawczych 135
Modele dynamiki stężeń substancji niezachowawczych
- modele dynamiki stężenia chloru 136
Modele dynamiki stężenia chloru w zbiornikach 154
Modele mieszania chloru w węzłach sieci 156
4.3.2. Modele jakości bakteriologicznej 157
Rodzaje modeli mikrobiologicznej jakości wody 157
Model PICCOBIO 158
5. Modele dla celów sterowania 161
5.1. Modele dla warstwy sterowania optymalizującego 161
5.1.1. Zdyskretyzowane modele jakości wody 161
Zdyskretyzowany model jakości wody w rurociągu 161
Zdyskretyzowany model jakości wody w zbiorniku 166
Zdyskretyzowany model jakości wody w węźle 168
5.1.2. Zdyskretyzowane modele hydrauliki wody 170
5.2. Modele dynamiki zmian stężenia chloru
dla warstwy sterowania korekcyjnego 170
5.2.1. Modele wejście-wyjście dla sieci
bez zbiorników gromadzących wodę 173
5.2.1.1. Model ciągły wejście-wyjście dla sieci
bez zbiorników gromadzących wodę 174
5.2.1.2. Dyskretyzowanie modelu wejście-wyjście dla sieci
bez zbiorników gromadzących 185
5.2.2. Modele wejście-wyjście dla sieci
ze zbiornikami gromadzącymi ig6
5.2.2.1. Model wejście-wyjście dla ścieżki
ze zbiornikami przepływowymi 187
5.2.2.2. Model wejście-wyjście dla ścieżki
ze zbiornikami nieprzepływowymi 207
5.2.3. Modele przestrzeni stanu dla sieci
ze zbiornikami gromadzącymi 216
6. Gwarantowana estymacja zmiennych systemu
i parametrów modelu systemu górnej warstwy 221
Źródła niepewności w modelowaniu i sterowaniu SZwWP 228
Opis niepewności w zadaniu estymacji za pomocą błędu ograniczonego
i podejście przedziałowe do estymacji 234
6.3. Sformułowanie problemu estymacji górnej warstwy 240
Statyczna łączna estymacja zmiennych i parametrów 244
Dynamiczna łączna estymacja zmiennych i parametrów 245

Algorytm rekursywnej estymacji 248
Dynamiczna łączna estymacja zmiennych i parametrów
z przesuwnym oknem pomiarowym 250
Kaskadowa struktura algorytmu estymacji 253
Solvery problemów estymacji warstwy górnej 254

Nieliniowa funkcja jednej zmiennej 255
Iloczyn zmiennej binarnej i ciągłej 256
Nieliniowa funkcja dwóch zmiennych ciągłych 257
Nieliniowa funkcja signum 260
6.8. Obliczeniowy przykład symulacyjny zastosowania-PSSW1 261
7. Metodyka i algorytmy estymacji parametrów
warstwy sterowania korekcyjnego 273
7.1. Ogólna procedura estymacji parametrów modelu systemu
dolnej warstwy sterowania 280
7.2. Analiza problemu estymacji w dolnej warstwie sterowania 285
7.2.1. Analiza struktury błędu modelowania systemu
dolnej warstwy sterowania 294
Modele punktowo-parametryczne 296
Użyteczność modeli punktowo-parametrycznych
dla syntezy krzepkiego sterowania predykcyjnego 303
7.3. Estymacja parametrów modeli punktowo-parametrycznych 304
7.3.1. Problem estymacji dla modeli punktowo-parametrycznych
kategorii 1 3Q5

Problem estymacji dla modeli punktowo-parametrycznych
kategorii II 319
Struktura modeli punktowo-parametrycznych
dla całego horyzontu modelowania 333
Planowanie eksperymentu 334
Obliczeniowy przykład symulacyjny zastosowania 349

Przykładowy symulowany system wodociągowy 2 - PSSW2 350
Ilustracja analizy ścieżek transportu chloru 354
Estymacja parametrów modeli punktowo-parametrycznych
ze zmiennymi w czasie parametrami 357
7.5.4. Estymacja parametrów modeli punktowo-parametrycznych
ze stałymi w czasie parametrami 361
8. Synteza sterowania warstwy dolnej struktury hierarchicznej
- sterowania korekcyjnego 363
8.1. Analiza problemu sterowania predykcyjnego
systemem dolnej warstwy 363
8.1.1. Problem sterowania predykcyjnego
-przegląd zasadniczych zagadnień 363
8.1.2. Analiza stosowalności sterowania predykcyjnego
do sterowania systemem warstwy II 371
8.2. Krzepkie sterowanie predykcyjne systemem warstwy dolnej
oparte na strefach bezpieczeństwa
modyfikujących ograniczenia wyjścia 373
8.3. Problem sterowania predykcyjnego
opartego na modelu nominalnym 381
Model nominalny 381
Przewidywana nominalna trajektoria wyjścia
- predykcja wyjścia w oparciu o model nominalny 382
Funkcja kryterialna sterowania predykcyjnego 383
Ograniczenia wejścia 386
Ograniczenia wyjścia 386
Zagadnienie optymalizacyjne sterowania predykcyjnego
systemu dolnej warstwy 386
8.4. Krzepka predykcja wyjścia systemu dolnej warstwy
z wykorzystaniem modeli punktowo-parametrycznych 387
8.4.1. Model systemu dolnej warstwy
z aktualnym scenariuszem niepewności 387
Niepewność pomiarów 387
Niepewność realizacji sterowań 389
Sformułowanie problemu krzepkiej predykcji wyjścia
systemu dolnej warstwy 390
9
8.5. Wyznaczanie krzepkich stref bezpieczeństwa 396
8.5.1. Matematyczne sformułowanie zadania
wyznaczania krzepkich stref bezpieczeństwa 396
Struktura algorytmu wyznaczania stref bezpieczeństwa 402
Analiza zbieżności algorytmu wyznaczania
stref bezpieczeństwa 404
8.5.3.1. Kierunek poszukiwań dla iteracji
wewnątrz zbioru dopuszczalnego 407
Współczynnik długości kroku 410
Relaksacyjny algorytm wyznaczania
krzepkich stref bezpieczeństwa z projekcją
na zbiór ograniczeń aktywnych 413
Ustalenie parametryzacji modelu 416
Metody decentralizacji dla problemu sterowania dolnej warstwy 420

Sformułowanie problemu decentralizacji sterowania 421
Zdecentralizowana struktura sterowania 422
8.8. Obliczeniowe przykłady symulacyjnego zastosowania 425
Środowisko obliczeń symulacyjnych 426
Korekcyjne sterowanie stężeniem chloru - PSSW2 428
Korekcyjne sterowanie stężeniem chloru - PSSW3 431

Model systemu dolnej warstwy dla PSSW3 435
Dopuszczalne w sposób krzepki
sterowanie predykcyjne systemem dolnej warstwy
dla PSSW3 442
8.8.4. Zdecentralizowane korekcyjne sterowanie predykcyjne 454
9. Zakończenie 459
Literatura 461

"Moja strona" w Allegro

Zobacz inne moje aukcje - SZUKAJ W PRZEDMIOTACH UŻYTKOWNIKA - szybkie wyszukiwanie podobnych tytułów

Uwaga! Na zdjęciach wokół liter możliwe charakterystyczne zniekształcenia - wynik kompresji jpg. W rzeczywistości zniekształcenia nie występują. Możliwe też błędy literowe - z powodu niedoskonałości odczytu OCR, za co przepraszam i liczę na wyrozumiałość.