ارائه چارچوب کنترل هیبرید برای افزایش پایداری و کارایی در کانال‌های آبیاری تحت شرایط مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه علوم و مهندسی آب- سازه های آبی- دانشگاه بوعلی سینا

2 استادیار، گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران.

3 استادیار، دانشکده حکمرانی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

10.22059/jwim.2025.402879.1260

چکیده

بهینه‌سازی مدیریت آب در شبکه‌های آبیاری به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک از اهمیت حیاتی برخوردار است. پژوهش حاضر با هدف طراحی یک سیستم کنترل هوشمند برای کانال‌های انتقال آب سطحی انجام شد. برای این منظور، ابتدا یک مدل خطی انتگرالی-تاخیری توسعه یافت که قابلیت شبیه‌سازی رفتار هیدرولیکی کانال را دارا می‌باشد. سپس، یک سیستم کنترل هیبریدی نوآورانه مبتنی بر تلفیق کنترلر کلاسیک و عامل یادگیری تقویتی پیوسته طراحی و پیاده‌سازی گردید. مقادیر ضرایب کنترلر با تنظیم دستی به ترتیب برابر با 209/0، 243/0 و 086/0 و با تنظیم با یادگیری تقویتی به ترتیب برابر با 69/1، 055/0 و 086/0 می‌باشد. ارزیابی عملکرد سیستم در سناریوهای با تغییرات 10، 20 و 30 درصد دبی نشان داد که کنترلر تنظیم‌شده با در مقایسه با کنترلر تنظیم دستی، برتری قابل توجهی در ثبات و دقت عملکرد دارد. مهم‌ترین شاخص‌های این برتری شامل کاهش پنج برابری حداکثر خطای عمق در تغییر ۱۰ درصد ورودی بود. سیستم پیشنهادی گامی مؤثر در جهت هوشمندسازی مدیریت آب در کانال‌های آبیاری است، اما کاربرد آن در شرایط بحرانی نیازمند تلفیق با مدل‌های غیرخطی پیچیده‌تر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Hybrid Control Framework to Improve Stability and Efficiency in Irrigation Canals Under Various Conditions

نویسندگان [English]

  • Kazem Shahverdi 1
  • Majid ghaniee 2
  • Reyhaneh Loni 3
1 Assistant Professor, Water Science and Engineering Department, Bu-Ali Sina University
2 Assistant Professor, Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Governance, Tehran University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Optimizing water management in irrigation networks, especially in arid and semi-arid regions, is of critical importance. This research aimed to design an intelligent control system for surface water conveyance canals. To this end, an integrator-delay linear model was first developed, capable of simulating the canal's hydraulic behavior. Subsequently, an innovative hybrid control system based on the integration of a classic PID controller and a continuous reinforcement learning agent was designed and implemented. The controller gains were set to 0.209, 0.243, and 0.086 via manual tuning, and to 1.69, 0.055, and 0.086 respectively when tuned by reinforcement learning. Performance evaluation under scenarios with 10%, 20%, and 30% flow changes demonstrated that the RL-tuned controller has significantly superior stability and accuracy compared to the manually tuned controller. The most important indicator of this superiority was a five-fold reduction in the maximum depth error for the 10% input change. The proposed system represents an effective step towards intelligent water management in irrigation canals; however, its application under critical conditions requires integration with more complex non-linear models, which is suggested for future research.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Evaluation
  • Simulation
  • Canal
  • Integrator-Delay Model