Application d'une commande multivariable sur la branche d'Aix Nord du Canal de Provence - INRAE - Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2005

A multivariable control application on the Canal de Provence Aix Nord water supply subsystem

Application d'une commande multivariable sur la branche d'Aix Nord du Canal de Provence

Résumé

"Société du Canal de Provence" has been managing its hydraulic network, thanks to the dynamic regulation for more than thirty years. It conducts a permanent research program in this field to keep its knowledge at the highest level. The study of integration of a multivariable automatic controller, based on optimal control, has been conducted to evaluate the possibility to improve the overall optimisation of the system. The development is made on the "Aix Nord" subsystem of the "Canal de Provence". A nonlinear model is built, calibrated and validated with field measurements. The controller proposed is built with a non-asymptotic component allowing to take into account predictions on future disturbances or objectives. A state observer and a perturbation observer are also defined. Robustness of both the controller and the observer is tested. A method for discrete control of pumping station is also defined. The dynamic regulation program has also been rewritten in the objectoriented language JAVA. We then took advantage of the modularity of this programming approach to implement the new regulator in the program. Finally, the new controller is compared to the current one on an example extracted from the backup files.
Le Canal de Provence fonctionne à la demande. Les utilisateurs raccordés à son réseau peuvent disposer de l'eau librement, sans rotation ni tour d'eau, mais avec un débit maximum fixé contractuellement. La structure du système de distribution en charge est naturellement bien adaptée à ce mode de fonctionnement. En revanche, les canaux principaux à surface libre introduisent des retards hydrauliques qui doivent être pris en compte. Actuellement, la régulation de l'ouvrage est conçue en séparant le système en une série de sous-systèmes. L'aspect multivariable est pris en compte par une coordination de chaque réglage effectué sur les sous-systèmes, reportant ainsi les différents débits de correction de l'aval vers l'amont. La branche d'Aix Nord présente des caractéristiques intéressantes du point de vue de la commande. On distingue en effet plusieurs systèmes hydrauliques (canal à surface libre, station de pompage, réservoirs) et un grand nombre de contraintes d'exploitations. La conception d'un contrôleur par une approche multivariable permet de gérer tous les paramètres en même temps, en ayant une optimisation globale de tout le système. Un modèle multivariable du système est établi à partir des fonctions de transfert identifiées, dont les coefficients sont déterminés à l'aide des paramètres physiques du système. Cette approche permet, contrairement à une identification numérique type "boite noire", de rester très proche de la physique du procédé à commander. Un modèle non linéaire est également construit, qui permet de tester et de valider les différents contrôleurs calculés. Ce modèle permet de résoudre les équations complètes de Saint-Venant sur un schéma aux différences finies. Il est calé et validé par des mesures de terrain. Le contrôleur de type LQG, est calculé par la résolution d'une équation de Riccati. Il comprend un terme dit "non asymptotique" permettant de prendre en compte les variations de consigne et les prévisions sur les perturbations. Le système de commande comprend des commandes discrètes (mise en route et arrêt de pompes) qui ne sont pas gérées par une commande optimale classique. Le caractère discret de cette commande est donc traité à part, et la différence entre la commande calculée et celle effectivement appliquée à la station de pompage est utilisée pour améliorer les performances du contrôleur. Le contrôleur met en oeuvre une commande par retour. L'état du système n'est pas directement accessible à la mesure. C'est pourquoi un observateur est mis en place, utilisant une approche du type "filtre de Kalman". Cet observateur nous permet également de reconstruire les perturbations qui ne sont pas mesurées. Nous présentons ici les résultats obtenus sur le modèle non-linéaire du système. Le comportement du contrôleur est testé sur des scénarios de prélèvement extraits de la base de donnée du Centre Général de TéléContrôle. Ce travail montre qu'il est possible d'appliquer la théorie de la commande optimale sur un système hydraulique complexe, comprenant des contraintes qui ne sont pas classiquement gérées par ce type de contrôleur. L'observateur d'état construit est satisfaisant, et l'observation des perturbations non mesurées permet d'augmenter les performances de la commande. La robustesse du contrôleur permet d'appliquer un posttraitement sur la commande gestion de la station de pompage) sans déstabiliser le système. Ce travail de recherche a été mené en parallèle avec la réécriture complète en langage JAVA du logiciel de régulation fonctionnant actuellement sur les ouvrages du canal de Provence. L'intégration de ce nouveau contrôleur a donc été prévue dans la structure générale du programme qui est décrite ici. La mise en place de ce régulateur est donc en cours, elle confirmera la stabilité de l'ensemble observateur contrôleur qui a été prouvée analytiquement, ainsi que la validité des marges de robustesse. En effet, seule une période de test sur les ouvrages réels permettra de valider cette nouvelle commande en la comparant à celle fonctionnant actuellement.
Fichier non déposé

Dates et versions

hal-02587181 , version 1 (15-05-2020)

Identifiants

Citer

Yoann Viala, O. Genthon, P.O. Malaterre, J.L. Deltour, J. Sau. Application d'une commande multivariable sur la branche d'Aix Nord du Canal de Provence. 19th ICID Conference, Beijing, Chine, September 10-18 2005, 2005, pp.1-15. ⟨hal-02587181⟩
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