Page 90 - 水利学报2025年第56卷第4期

表 ３ 控制算法应用于［ － ５０％，＋ ５０％］不确定性取水流量的控制结果
ＤＣＬＱＲ算法 ＨＬＱＲ算法
性能指标 ＨＬＱＲ相对 ＤＣＬＱＲ优化程度?％
不确定区间内均值 平均劣化程度?％ 不确定区间内均值 平均劣化程度?％
ＭＡＥ ０．０２８ － ０．１０ ０．０１９ － ４．７６ ３３．１９

ＩＡＥ ２．１２ × １０ － ３ － １７．９３ １．３７ × １０ － ３ － ８．２１ ３５．３３
ＮＩＡＱ ３．９８ × １０ － ４ － ２３．５４ １．９８ × １０ － ４ － ２２．６２ ５０．２０
ＮＩＡＷ １．４９ × １０ － ４ － １４．７３ ５．９３ × １０ － ５ － ２７．２１ ６０．１５
１５．２７ｈ － ２１．６２ １２．５７ｈ － ９．８９ １７．６９
Ｔ ｓｔａｂｌｅ

需要约束闸门动作次数，可参考带约束的 ＬＱＲ最优化问题在自动驾驶 ［２６］ 与供电系统控制 ［２７］ 等领域的
研究。另外，大规模复杂渠道系统可能需要考虑渠池之间的解耦和算法优化，以增强控制效果 ［２８］ 。本
文算法主要用途是冰期前后的渠道流量快速过渡控制。对于冰期内如何实现稳定控制的问题，还有待
开发水动力模型与水气热交换模型 ［２９］ 的耦合来进一步探索。
目前，本文所提的渠道控制算法还处于仿真模拟阶段，且只考虑了中线末尾部分渠池的已知?未知
流量过渡工况。对于实际工程中冰期前、后渠道流量过渡的多样性还有待检验；对于南水北调全线 ６０
个渠池组成的复杂长距离渠道系统的适用性还有待进一步验证。尽管如此，在渠道模型精度日益提升
的情况下，本文在前馈控制中利用模型预测和最优控制结合的方法表现出显著改善的控制性能，具有
一定的发展潜力与借鉴意义。

５ 结论

本文基于线性二次调节器（ＬＱＲ）最优化控制方法，结合积分 － 时滞渠道预测模型提出了改进的最
优前馈方法，并设计了前反馈混合控制算法（ ＨＬＱＲ），然后通过与带流量补偿前馈的最优反馈控制算
法（ ＤＣＬＱＲ）在取水流量变化工况 下进行 控 制仿真对比，并 设 置了 取水 流量 不确 定工 况以 验 证所提
ＨＬＱＲ算法的鲁棒性。算例仿真结果表明，在确定取水工况下，ＨＬＱＲ算法能够在降低控制成本（减少
流量调节量和闸门动作量）的同时，增强水位控制的效果（减小水位偏差和缩短稳定耗时）；在取水流
量不确定工况下，相比 ＤＣＬＱＲ控制策略，ＨＬＱＲ对流量不确定性敏感度更低，具有更强的鲁棒性以
适应偏离计划的取水工况。本文提出的混合控制算法对于冰期输水过渡等需要快速、平稳控制的场景
具有较强的应用价值和推广意义，但该算法仍处于仿真测试阶段，其实际效果有待开展进一步试验
性、多工况的验证。

参 考 文 献：

［ １］ 李国英．深入贯彻新发展理念 推进水资源集约安全利用———写在 ２０２１年世界水日和中国水周到来之际
［Ｊ］．水利发展研究，２０２１，２１（３）：１ － ２．
［ ２］ 吴永妍，陈晓楠，陈 根 发，等．新 形 势 下 南 水 北 调 中 线 工 程 智 慧 调 度 的 研 究 框 架 思 考 ［Ｊ］．中 国 水 利，
２０２４（４）：６７ － ７２，２１．
［ ３］ 郭新蕾，潘佳佳，苑希民，等．南水北调中线冬季冰情变化特征及输水能力提升策略研究［Ｊ］．水利学报，
２０２４，５５（４）：３８９ － ４０２．
［ ４］ 潘佳佳，郭新蕾，王涛，等．长江源区年际冰水情变化及其影响因子分析［Ｊ］．中国水利水电科学研究院
学报（中英文），２０２３，２１（１）：６４ － ７３．
［ ５］ 杨开林．长距离输水水力控制的研究进展与前沿科学问题［Ｊ］．水利学报，２０１６，４７（３）：４２４ － ４３５．
［ ６］ 崔巍，王长德．调水工程运行最优控制研究［Ｊ］．南水北调与水利科技，２００７，５（２）：６ － ８，２４．
［ ７］ ＣＯＮＤＥＧ，ＱＵＩＪＩＡＮＯＮ，ＯＣＡＭＰＯ － ＭＡＲＩＮＥＺＣ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｉｎｏｐｅｎ － ｃｈａｎｎｅｌｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ：Ａ

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