饮用水网络的滚动时域控制：几何规划的应用案例
系统与控制
2020-01-01 v3 系统与控制
最优化与控制
摘要
供水管网（WDN）的最优网络驱动控制非常困难：阀门和水泵模型构成非平凡的、组合性的逻辑；水力模型是非凸的；用水需求模式具有不确定性；且 WDN 天然具有大规模特性。先前关于 WDN 控制的研究应对了主要的挑战，但要么 (i) 采用了简化的水力模型、WDN 拓扑和基本的阀门/水泵建模，要么 (ii) 使用混合整数、非凸优化来求解 WDN 控制问题。本文的目标是开发易于处理的计算算法来管理 WDN 运行，同时考虑任意拓扑、流向、丰富的阀门类型、控制目标、水力模型和运行约束——所有这些仅使用凸的、连续的优化。具体而言，我们提出了新的基于几何规划（GP）的模型预测控制（MPC）算法，旨在求解水流方程并获得 WDN 控制方案，即水泵/阀门调度以及水头和流量。所提出的方法相当于求解一系列凸优化问题，这些问题可优雅地扩展到大型网络。所提出的方法在一个包含许多阀门和水泵的 126 节点网络上进行了测试，并显示出优于传统的基于规则的控制。所开发的基于 GP 的 MPC 算法以及数值测试结果均已在 Github 上提供。
引用
@article{arxiv.1909.03181,
title = {Receding Horizon Control for Drinking Water Networks: The Case for Geometric Programming},
author = {Shen Wang and Ahmad F. Taha and Nikolaos Gatsis and Marcio Giacomoni},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.03181},
year = {2020}
}
备注
IEEE Transactions on Control of Network Systems, In Press