Optimal control application for operational water management of a canal system

• Autorzy: Arnold E. , Linke H. , Puta H.

Warianty tytułu

PL

Sterowanie operacyjne systemem kanałów nawigacyjnych

• Konferencja: Technology and Automation of Water Supply and Sewage Systems : Third National Conference (3 ; 23-25.06.1999 ; Stawiska/Gdańsk, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The operational water management of the navigation canal system under consideration has to ensure navigable water levels taking into account the electrical energy costs for pump operation. These requirements lead straightly to an optimal control problem formulation. Optimal pump and discharge strategies are calculated using a nonlinear process model based on the Saint Venant equations for the canal sections and predictions of the non-controllable inputs. A sequential quadratic programming (SQP) method with an interior-point algorithm for the linear-quadratic subproblems is used for solving the resulting large-scale nonlinear programming problem in the control and state variables. A model predictive control algorithm gives a permanent update of the decision proposals.

PL

Przedmiotem pracy jest sterowanie operacyjne systemem kanałów nawigacyjnych. Celem sterowania jest zapewnienie pożądanych poziomów wody przy możliwie małych kosztach energii elektrycznej zużywanej na pompowanie wody. Wymienione wymagania prowadzą do sformułowania zadania sterowania optymalnego. Z zadania tego wyliczane są optymalne strategie pompowania i zrzutów wody przy zastosowaniu nieliniowego modelu procesu utworzonego na podstawie równań Saint-Venanta dla odcinków kanałów i predykcji wejść niesterowalnych. Dla rozwiązania wielowymiarowego zadania programowania nieliniowego wykorzystano metodę sekwencyjnego programowania kwadratowego z algorytmem punktu wewnętrznego dla rozwiązywania podzadań. Zastosowanie algorytmu sterowania predykcyjnego umożliwia adaptację proponowanych strategii decyzyjnych.

Słowa kluczowe

EN

operational water management; optimal control

PL

zarządzanie operacyjne wodą; sterowanie optymalne

• Wydawca: Poznańskie Towarzystwo Przyjaciół Nauk
• Czasopismo: Studia z Automatyki i Informatyki
• Rocznik: 1999
• Tom: T. 24
• Strony: 7--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Arnold E.

• Fraunhofer Institute for Information and Data Processing IITB, Appl. Center for Systems Technology, Ehrenbergstrasse 11, D-98693 Ilmenau, Germany

autor

Linke H.

• Technical University of Ilmenau Dept. of Automatic Control and systems engineeering, P.O. Box 100565 D-98693 Germany

autor

Puta H.

• Technical University of Ilmenau Dept. of Automatic Control and systems engineeering, P.O. Box 100565 D-98693 Germany

Bibliografia

• [1] Ackermann T., Schwanenberg D., Natschke M., Köngeter J.: Control Strategy for River-Power-Plants Based on Optimization. in: Operational Water Management, J.C. Refsgaard, E. A. Karalis (eds.), A.A. Balkema, Rotterdam 1997, pp. 285-288.
• [2] Arnold E., Linke H., Franke R.: Optimal Control Application for Operational Water Management of a Canal System. Proc. of the 8th IFAC/IFORS/IMACS/IFIP Symposium on Large Scale Systems: Theory and Applications, vol. 2, Patras, Greece 1998, pp. 810-815.
• [3] Arnold E., Tatjewski P., Wołochowicz P: Two Methods for Large Scale Nonlinear Optimization Problems and Their Comparision on a Case Study Example of Hydropower Optimization. J. Optim. Theory Appl., vol. 81, no. 2, 1994, pp. 221-248.
• [4] Bock H.G., Plitt K.J.: A Multiple Shooting Algorithm for Direct Solution of Optimal Control Problems. Proc. of the 9th World Congress of IFAC, vol. 9, Budapest 1984, pp. 242-247.
• [5] Franke R.: Integrierte dynamische Modellierung und Optimierung von Systemen mit saisonaler Wärmespeicherung. PhD thesis, Technische Universität Ilmenau, Fortschr.-Ber. VDI, Reihe 6, Nr. 394, VDI-Verlag Düsseldorf 1998 (in German).
• [6] Franke R., Arnold E.: Applying New Numerical Algorithms to the Solution of Discrete-Time Optimal Control Problems. in: Computer-Intensive Methods in Control and Signal Processing: The Curse of Dimensionality, K. Warwick, M. Kárný (eds.), Birkhäuser, Basel 1997, pp. 105-118.
• [7] Griewank A., Juedes D., Utke J.: ADOL-C: A Package for the Automatic Differentiation of Algorithms Written in C/C++. ACM Trans. Math. Software, vol. 22, no. 2, 1996, pp. 131-167.
• [8] Muske K.R., Rawlings J.B.: Nonlinear Moving Horizon State Estimation. in: Methods of Model Based Process Control, R. Berber (ed.), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 1995, pp. 349-365.
• [9] Qin J.J., Badgwell T.A.: An Overview of Nonlinear Model Predictive Control Applications. Proc. of the International Symposium on Nonlinear Model Predictive Control, Ascona, Switzerland 1998.
• [10] Rao C.V., Wright S.J., Rawlings J.B.: Application of Interior-Point Methods to Model Predictive Control. Preprint anl/mcs-p664-0597, Mathematics and Computer Science Division, Argonne National Laboratory, 1997.
• [11] Roe P.L.: Approximate Riemann Solvers, Parameter Vectors, and Difference Schemes. J. Comput. Phys., vol. 43, 1981, pp. 357-372.
• [12] Stewart D.E.: Meschach: Matrix Computations in C. University of Canberra, Canberra, Australia 1992.
• [13] WeiyanT.: Shallow Water Hydmdynamics Elsevier Oceanography Series. Elsevier, 1992.
• [14] Wright S.J.: Interior Point Methods for Optimal Control of Discrete Time Systems. J. Optim. Theory Appl., vol. 77, no. 1, 1993, pp. 161-187.
• [15] Wright S.J.: Primal-Dual Initerior-Point Methods. SIAM, Philadelphia 1997.