一种基于动态规划算法的多闸孔闸门调度方法技术

本发明专利技术涉及一种基于动态规划算法的多闸孔闸门调度方法，属于自动化控制技术领域。该方法包括：该方法根据调度单元得到的闸孔编号与流量信息，将各闸门提交的计算任务放在调度任务队列中，通过循环遍历计算闸门调度任务队列以及控制器计算资源队列来对多闸孔闸门的控制任务进行调度，并指定耦合器进行数据交互运算；指定耦合器构建多闸孔闸门动态规划调度模型，根据耦合器的性能状态及所述的动态规划调度模型，确定最小资源利用量对应的任务调度序列；闸门调度器根据所得的任务调度序列，对初始调度任务执行队列进行更新，实现基于动态规划算法的多闸孔闸门调度控制。本发明专利技术能进行多闸孔闸门多任务同步调度，提高控制器利用率和工作效率。和工作效率。和工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态规划算法的多闸孔闸门调度方法


[0001]本专利技术属于自动化控制
，涉及一种基于动态规划算法的多闸孔闸门调度方法。

技术介绍

[0002]当今随着科技的迅速发展，传统的闸门调度方式多是基于以往水力资料和经验人工定制的闸门操作以及配水计划，在实际操作中根据实际的水流状态以及用水量需求有操作人员进行动态分配，这种主要以专家经验为主，依赖于操作人员的经验能力，从而使得闸门操作的随机性增大，难以实现整体的自动化控制调度。
[0003]闸门启闭的组合方式一般是固定的，不能根据实时工况(比如某孔闸门故障)进行动态调整，需要人工去判定和调整，导致耗时长、误差大，无法达到最优的供水保证率目标。
[0004]因此，目前亟需一种能根据期望的流量以及水文信息计算出各个闸门的开启和关闭时机的方法来解决目前所存在的调度过程非自动化的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于动态规划算法的多闸孔闸门调度方法，实现复杂的耦合分布式多闸孔闸门调度系统，进行多闸孔闸门多任务同步调度，提高控制器利用率，从而提高闸门调度任务的高效性和灵活性。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于动态规划算法的多闸孔闸门调度方法，具体包括以下步骤：
[0008]S1：根据调度单元得到的闸孔编号与时间信号，将各闸孔提交的计算任务放在调度任务执行队列中，通过循环遍历计算多闸孔闸门调度任务序列以及控制器计算资源队列来对多个闸孔的控制任务进行调度，并指定耦合器进行数据交互运算；
[0009]S2：根据指定耦合器构建多闸孔闸门动态规划调度模型，将计算结果返回调度器，根据耦合器的性能状态及动态规划调度模型，确定最小资源利用量对应的任务调度序列；
[0010]S3：根据步骤S2所得的任务调度序列，对步骤S1中的调度任务执行队列进行更新，实现基于动态规划算法的多闸孔闸门调度控制。
[0011]进一步，步骤S2中，根据指定耦合器构建多闸孔闸门动态规划调度模型，具体包括：将各闸孔按编号进行分区，将时间轴划分为多个阶段区域；根据各阶段闸孔分区编号情况确定耦合器类型；获取各阶段的闸门任务调度序列，并从该任务调度序列中，获取最小资源利用量对应的任务调度序列。
[0012]进一步，最小资源利用量对应的任务调度序列参考量包括：闸门操作用电量和经济调度量。
[0013]进一步，对闸门调度器进行任务调度时的最小资源利用量的评价方法为：根据调度器确定的闸门任务调度序列，对耦合器的计算能力进行评价，计算耦合器与该任务调度序列的匹配度参数W，以此来确定该任务调度序列对应的耦合器，匹配度参数W的计算表达
式为：
[0014]W＝S1*U+S2*X+S3*Q+S4*D
[0015]其中，W为耦合器与任务调度序列的匹配度参数，U(0≤U≤H*0.05，其中H为闸门高度)为闸门开度量，X为闸门分区编号，X∈{X1,X2,X3,
…
,X
n
}，Q为闸门总流量，D为闸门调用用电量，S1、S2、S3、S4(S1+S2+S3+S4＝1，且S
i
>0)分别为闸门开度量、闸门分区编号、闸门上端流量，闸门调度用电量所对应的权值。
[0016]更进一步，针对闸门的运行用电量中，关于当前时刻的单闸门调用用电量表达式为：
[0017]D
t
＝D
t-1
+q
i
[0018]其中，D
t
为当前阶段的单闸孔调度用电量，D
t-1
为前一阶段的调度用电量，q
i
为当前阶段使用的调用用电量；
[0019]针对多孔闸门，在闸门调度实际允许的误差范围内，可以认为多孔闸门出流的总量Q就是多个闸门所需的流量之和，表述如下：
[0020][0021]其中，Q
i
分别为各个单孔出流量；
[0022]根据闸门流量计算公式以及单闸门调度用电量的表示，计算耦合器与单个任务调度序列的匹配度参数W的计算方法，可表述为：
[0023][0024]其中，n为闸门分区内的闸门数量，W
i
∈{W1,W2,
……
,W
n
}。
[0025]进一步，获取最小经济调度量的计算表达式为：
[0026][0027]其中，M
Cv,i
为第i个闸门的控制阀操作成本，M
P,i
为控制器计算资源利用成本，P
i
表示第i个闸门的控制精度，和分别表示第i个闸门控制精度上下限，m表示闸门分区内的第m号闸门，n为闸门分区内的闸门数量；
[0028]进一步，步骤S2具体包括以下步骤：
[0029]S21：将各闸孔按编号进行分区N，对称位置闸孔分区相同，从起始分区K0到任务调度序列终点K
n
之间经历的序列顺序结点划分k个阶段；
[0030]S22：从第k个闸门分区开始，到下一个闸孔分区的动态规划基本方程为：
[0031][0032]其中，k表达从起始分区K0到任务调度序列终点K
n
之间经历的序列顺序结点，是根据闸门空间位置划分的阶段数，j表示从节点k-i到该节点的下一个执行序列位置节点的执行序列数，y表示从节点k-i到该节点的下一个执行序列位置节点的执行序列总数；W表示耦合器与任务调度序列的匹配度参数，f(minM
cost,i
)表示最小经济调度量；
[0033]S23：从步骤S22中，得到闸孔分区中每个节点到下一个节点所有结点的最小值，即得到从多闸孔闸门调度任务执行序列的起始分区到终点K
n
之间资源利用量最小的执行序列。
[0034]本专利技术的有益效果在于：
[0035]1)本专利技术根据调度单元得到的闸孔编号与流量需求，将各闸孔提交的计算任务添加到调度队列，通过循环遍历闸门调度任务队列对多个闸门的控制任务进行调度，并指定耦合器进行数据交互运算；
[0036]2)本专利技术根据指定耦合器构建多阶段闸门动态规划调度模型，将计算结果返回调度器，根据耦合器的性能状态及动态规划调度模型，确定最小资源利用量对应的任务调度序列；
[0037]3)本专利技术根据所得的任务调度序列，对调度任务执行队列进行更新，实现基于动态规划算法的多闸孔闸门最优化调度控制。
[0038]4)本专利技术根据闸门调度任务的需求和计算资源的运行状态，采用动态规划算法进行任务分配，进行多计算任务调度，使多个符合调度要求的计算任务同时处于运行状态，在不影响计算速度和控制精度的情况下，同一台控制器为多个闸孔提供计算能力。能够实现复杂的耦合分布式多闸孔闸门调度系统，进行多闸孔闸门多任务同步调度，提高控制器利用率，从而提高闸门调度任务的高效性和灵活性。
[0039]本专利技术的其他优点、目标和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态规划算法的多闸孔闸门调度方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：根据调度单元得到的闸孔编号与时间信号，将各闸孔提交的计算任务放在调度任务执行队列中，通过循环遍历计算多闸孔闸门调度任务序列以及控制器计算资源队列来对多个闸孔的控制任务进行调度，并指定耦合器进行数据交互运算；S2：根据指定耦合器构建多闸孔闸门动态规划调度模型，将计算结果返回调度器，根据耦合器的性能状态及动态规划调度模型，确定最小资源利用量对应的任务调度序列；S3：根据步骤S2所得的任务调度序列，对步骤S1中的调度任务执行队列进行更新，实现基于动态规划算法的多闸孔闸门调度控制。2.根据权利要求1所述的基于动态规划算法的多闸孔闸门调度方法，其特征在于，步骤S2中，根据指定耦合器构建多闸孔闸门动态规划调度模型，具体包括：将各闸孔按编号进行分区，将时间轴划分为多个阶段区域；根据各阶段闸孔分区编号情况确定耦合器类型；获取各阶段的闸门任务调度序列，并从该任务调度序列中，获取最小资源利用量对应的任务调度序列。3.根据权利要求1或2所述的基于动态规划算法的多闸孔闸门调度方法，其特征在于，所述最小资源利用量对应的任务调度序列参考量包括：闸门操作用电量和经济调度量。4.根据权利要求2所述的基于动态规划算法的多闸孔闸门调度方法，其特征在于，对闸门调度器进行任务调度时的最小资源利用量的评价方法为：根据调度器确定的闸门任务调度序列，对耦合器的计算能力进行评价，计算耦合器与该任务调度序列的匹配度参数W，以此来确定该任务调度序列对应的耦合器，匹配度参数W的计算表达式为：W＝S1*U+S2*X+S3*Q+S4*D其中，W为耦合器与任务调度序列的匹配度参数，U为闸门开度量，X为闸门分区编号，X∈{X1,X2,X3,
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林景栋，王萌莹，牟健村，高俊峰，王奕如，缪存瀚，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：