Model Predictive Control of Wastewater Systems

شبکه‌های فاضلاب سیستم‌هایی در مقیاس بزرگ با متغیرهای زیاد، دینامیک پیچیده و رفتار غیرخطی شدید هستند. کنترل آنها نقش اساسی در مدیریت سیستم های هیدرولوژیکی مرتبط با چرخه آب طبیعی دارد و به طور بالقوه از سیل و سرریز فاضلاب در آب و هوای شدید جلوگیری می کند. یک طرح کنترلی کافی باید با ماهیت پیچیده شبکه‌های فاضلاب سروکار داشته باشد.

مدل کنترل پیش‌بینی سیستم‌های فاضلاب نشان می‌دهد که چگونه سیستم‌های فاضلاب را می‌توان در چارچوب کنترل پیش‌بینی مدل مدل‌سازی و کنترل کرد. (MPC). چندین استراتژی مبتنی بر MPC پیشنهاد شده‌اند که دینامیک ذاتاً پیچیده و ماهیت چند هدفه کنترل مورد نیاز را در نظر می‌گیرند. اثر اختلال سیستم، نشان‌داده‌شده توسط داده‌های اپیزودهای واقعی باران، بر عملکرد حلقه کنترلی که این استراتژی‌ها به آن منجر می‌شوند نیز در نظر گرفته می‌شود. مکمل این ملاحظات، ادغام سیستم حلقه بسته در یک معماری تحمل‌پذیر خطا و مطالعه خطاها در محرک‌های سیستم است. خطاهای محرک با استفاده از تکنیک‌های مدل‌سازی ترکیبی نشان داده می‌شوند، و از از دست دادن تحدب مسئله بهینه‌سازی مرتبط با در نظر گرفتن حالت خطی جلوگیری می‌شود. روش ها و طرح های کنترلی شرح داده شده در این کتاب را می توان به راحتی به سایر سیستم های پیچیده با ماهیت مشابه مانند شبکه های آب آشامیدنی و کانال های آبیاری تعمیم داد. یک جعبه ابزار MATLAB^®، که توسط نویسنده ایجاد شده و برای دانلود از www.springer.com/ISBN در دسترس است، به خوانندگان در اجرای روش های MPC که در شبکه فاضلاب توضیح داده شده است، کمک می کند.

< i>مدل کنترل پیش‌بینی سیستم‌های فاضلاببرای محققان دانشگاهی که با سیستم‌های بزرگ مقیاس و پیچیده کار می‌کنند و کاربردهای کنترل پیش‌بینی‌کننده مدل، ترکیبی و تحمل‌پذیر خطا را مطالعه می‌کنند، مورد علاقه خواهد بود. مهندسان کنترل شاغل در صنایع مرتبط با مدیریت آب، این کتاب را مفیدترین منبع برای پیشنهاد بهبود در الگوریتم‌های کنترلی که استفاده می‌کنند، خواهند یافت.

Sewer networks are large-scale systems with many variables, complex dynamics and strongly nonlinear behaviour. Their control plays a fundamental role in the management of hydrological systems related to the natural water cycle, potentially avoiding flooding and sewer overflow in extreme weather. An adequate control scheme must deal with the complicated nature of sewer networks.

Model Predictive Control of Wastewater Systems shows how sewage systems can be modelled and controlled within the framework of model predictive control (MPC). Several MPC-based strategies are proposed, accounting for the inherently complex dynamics and the multi-objective nature of the control required. The effect of system disturbance, represented by data from real rain episodes, on the performance of the control loop to which these strategies give rise is also accommodated. Complementary to these considerations is the incorporation of the closed-loop system within a fault-tolerant architecture and the study of faults in system actuators. Actuator faults are represented using hybrid modelling techniques, avoiding the loss of convexity of the related optimisation problem when the linear case is considered. The methods and control designs described in this book can easily be extrapolated to other complex systems of similar nature such as drinking-water networks and irrigation canals. A MATLAB^® toolbox, created by the author and available for download from www.springer.com/ISBN will assist readers in implementing the MPC methods described within a sewer network.

Model Predictive Control of Wastewater Systems will be of interest to academic researchers working with large-scale and complex systems and studying the applications of model-predictive, hybrid and fault-tolerant control. Control engineers employed in industries associated with water management will find this book a most useful resource for suggesting improvements in the control algorithms they employ.