بهینه سازی موقعیت و ظرفیت تجهیزات کنترل جریان ناماندگار در سیستم های هیدرولیکی تحت فشار با منطق فازی

بهینه سازی همزمان موقعیت و مشخصات هندسی تجهیزات کنترل جریان ناماندگار اهمیت زیادی در طراحی سیستم های انتقال آب و کاهش هزینه های بهره برداری دارد. در تحقیق حاضر، برای جلوگیری از پدیده ی جدایی ستون آب در هنگامی که ایستگاه پمپاژ (پمپ تغذیه ای) به هر دلیل از کار باز می ایستد، از مخازن ضربه گیر یکطرفه و مخزن هوا استفاده شده و به بهینه سازی آنها با استفاده از سیستم استنتاج فازی و الگوریتم ژنتیک پرداخته شده است. بهینه سازی حجم اولیه ی هوا در مخزن هوا جهت رسیدن به مینیمم حجم به طوری که فشارهای موجود نیز قابل قبول باشند، به کمک سیستم استنتاج فازی انجام گرفته است. پیاده سازی کاربردی سیستم استنتاج فازی در طراحی مخزن هوا نشان می دهد که می توان ایده و نظرات طراح و نیز قیود طراحی را در قالب پایگاه قواعد سیستم استنتاجی درآورد و در فرآیند طراحی دخالت داد. تبدیل روش افراد خبره در طراحی و ارایه ی الگوریتم های کارا برای طراحی خطوط انتقال آب به وسیله ی سیستم استنتاج فازی، تفکر کاملاً جدیدی در توسعه ی سیستم های نرم افزاری است. ابعاد بهینه در مخازن ضربه گیر، رفتار هیدرواستاتیک و رفتار هیدرودینامیک طبق تیوری هاوزنر بررسی شده است. هرچه نسبت ارتفاع به قطر کمتر باشد مخزن پایدارتر است. البته ارایه ی نسبتی مناسب برای ارتفاع به قطر مخازن که دربرگیرنده ی همه ی مسایل بررسی شده باشد و یا تعیین یک تابع مناسب برای بهینه سازی ابعاد مخازن، امری دشوار بوده و به عوامل بسیار زیادی بستگی دارد. پیچیدگی نیروهای موثر هیدرودینامیکی، توجه به مسایل اجرایی، شرایط محل احداث مخازن و مسایل مربوط به مناظر و زیبایی، از یک طرف و پیچیدگی فرآیند ضربه ی قوچ و ارتفاع و قطر مناسب از لحاظ هیدرولیکی از طرف دیگر، تعیین این نسبت را مشکل می سازد. بنابراین در این تحقیق، مسأله برای نسبت های مختلف قطر و ارتفاع حل شده است. همچنین اضافه ارتفاع ناشی از تلاطم آب جهت جلوگیری از زیرفشار در سقف مخزن، تعیین گردیده است. بررسی پدیده ی گردابی و تعیین عمق استغراق بحرانی در مخازن نیز برای جلوگیری از پدیده ی مکش انجام شده است. بهینه سازی موقعیت و ابعاد مخازن ضربه گیر در سیستمی با مخزن هوای مشخص انجام شده است. الگوریتم بهینه سازی یک الگوریتم ژنتیک است که در قسمت انتساب عدد برازندگی به هر رشته، از یک دستگاه استنتاج فازی استفاده می کند. برای هر یک از کروموزوم ها در جمعیت اولیه، برنامه ی شبیه سازی اجرا شده و با توجه به نتایج خروجی حاصل از آن و میزان برآورده شدن تابع هدف و قیود، سیستم استنتاج فازی، برازندگی متناسب با هر کروموزوم را تعیین می کند. با کمک سیستم استنتاج فازی، تعیین برازندگی رشته ها به صورت ساده تر، شفاف تر و دقیق تر همراه با ارضای قیود هیدرولیکی صورت می گیرد و از سعی و خطای بسیار برای تعیین توابع برازندگی، توابع جریمه و سایر ضرایب جلوگیری خواهد شد. همچنین یک تابع برازندگی تعمیم یافته خواهیم داشت که با تغییر مسأله، تغییر محدوده ی متغیرها، تغییر مشخصات خط لوله و ... تغییر نمی کند. برای افزایش کارایی الگوریتم ژنتیک، نرخ پیوند متغیر درنظر گرفته شده است. با تغییر دینامیکی نرخ عملگر پیوند در طول حل مسأله، سرعت همگرایی به سمت بهینه ی مطلق بهبود می یابد. نتایج این قسمت نشان می دهد که در فرآیند ضربه ی قوچ به حجم معینی آب برای غلبه بر جدایی ستون آب نیاز است. مخازنی که به ایستگاه پمپاژ نزدیک ترند، دارای ارتفاعی بزرگ تر هستند تا سریع تر به کاهش فشار واکنش نشان دهند. ارضاء قیدهای مسأله (قید حداقل فشار و قید حداقل سطح آب در مخازن) نمایانگر کارآیی بالای ژنتیک فازی است. از آنجا که هیچ معیار جامع ومناسبی برای توقف الگوریتم ژنتیک وجود ندارد، با نرمالیزه کردن تابع برازندگی در فاصله ی [1و0]، شرط توقف الگوریتم ژنتیک منطقی بوده و از قرار گرفتن در بهینه های محلی نیز اجتناب شده است.