Comparteix:

WATMAN

Analysis and Design of distributed optimal control strategies applied to large-scale WATer systems MANagement, DPI2009-13744.

Descripció del projecte

El Projecte WATMAN tracta de la gestió global de les xarxes hídriques relacionades amb el sistema urbà d’aigua (UWC).

En una situació de creixent consciència sobre les necessitats de gestió del cicle de l’aigua: per controlar de manera més eficient els recursos hídrics escassos, per proporcionar accés a l’aigua a més regions, per controlar la qualitat de l’aigua potable, per afrontar esdeveniments extrems com sequeres i inundacions, per reduir l’impacte de l’aigua usada en el medi ambient, l’ús de la telemetria i el telecontrol en els UWC està augmentant constantment.

La creixent disponibilitat de maquinari de control i sistemes d’informació no pot, per si sola, contribuir a afrontar aquests reptes. La qüestió clau és l’ús de la informació. Cal desenvolupar validació de dades adequada, modelatge de sistemes hídrics i estratègies de control al mateix ritme. Projectes anteriors dels sol·licitants han tractat del modelatge i el control predictiu/òptim dels sistemes hídrics. Algunes aportacions importants d’aquests han estat informades, especialment en el control òptim dels sistemes d’aigua potable i en el control predictiu òptim de sistemes de clavegueram per a la prevenció d’inundacions i la reducció de l'impacte ambiental.

El context del control predictiu òptim en sistemes hídrics és generalment un problema d’ampli abast, degut a:

xarxes distribuïdes de gran escala,
hores de control predictiu de llarga durada,
necessitats de modelatge per a comportaments no lineals i retards purs, per exemple, en les equacions de flux dels rius.

A més, els sistemes de control de l’aigua es desenvolupen, amplien i/o es tanquen parcialment per manteniment o renovació de manera constant. Hi ha una necessitat creixent de sistemes a prova de fallades que hagin de proporcionar, a tota costa, servei ininterromput als consumidors.

UWC de Barcelona

En aquest context, es preveu que el control descentralitzat aporti una contribució clau per aplicar esquemes de control òptim:

incrementalment als sistemes hídrics sota implementació de control/desenvolupament,
en mode a prova de fallades quan les grans xarxes es tanquin parcialment per manteniment,
en mode tolerant a fallades quan es produeixin fallades parcials de la infraestructura o dels sistemes de comunicació.

Per tant, els objectius del projecte WATMAN es poden resumir de la següent manera:

Modelatge per al control/supervisió jeràrquica i distribuïda
Algorismes d’identificació/modelatge per al control/supervisió jeràrquica i distribuïda
Disseny de controladors òptims/predictius distribuïts per a sistemes hídrics de gran escala
Desenvolupament de mecanismes de coordinació/col·laboració entre controladors òptims/predictius mitjançant sistemes multi-agents.
Desenvolupament de sistemes de supervisió distribuïts que permetin la validació, reposició i integració de dades obtingudes dels sistemes de telemesura.
Implementació de programari per a eines de modelatge, control i supervisió distribuïda de xarxes d’aigua de diverses ciutats.

Els casos complexos d’estudi esperen ser tractats a WATMAN. La gran i molt complexa xarxa de clavegueram de Barcelona, amb dinàmiques no lineals fortes, centenars d’elements constitutius i un clima imprevisible com a principal font de pertorbacions, és un dels casos contemplats en WATMAN. Els resultats previs informats pels integrants de SAC ja han demostrat que aquesta línia de recerca promet grans millores en la gestió d’aquest tipus de xarxes UWC. Un segon cas d’estudi consisteix en la xarxa d’aigua potable de Barcelona, que gestiona aquest líquid valuós des de la seva captació en rius i fonts subterrànies i el subministra a la població de l’àrea metropolitana de Barcelona. Tot i que aquest sistema també és una xarxa UWC, presenta singularitats que no permeten aplicar-hi les aproximacions desenvolupades prèviament per als sistemes de clavegueram. Per tant, tota la recerca que es farà en els temes principals de tot el projecte haurà d’interpretar-se i s’obriran nous reptes i vies d’investigació.

Publicacions més rellevants

S. Tornil-Sin, C. Ocampo-Martínez, V. Puig i T. Escobet. Detecció robusta d’avaries de sistemes no lineals utilitzant l’estimació d’estat basada en membres d’un conjunt i satisfacció de restriccions. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 25(1): 1-10, 2012. <10.1016/j.engappai.2011.07.007>
C. Ocampo-Martínez, D. Barcelli, V. Puig i A. Bemporad. Control predictiu jeràrquic i descentralitzat de xarxes d’aigua potable: aplicació a l’estudi de cas de Barcelona. IET Control Theory and Applications, 6(1): 62–71, 2012. <doi: 10.1049/iet-cta.2010.0737>
S. Montes, V. Puig i J. Blesa. Detecció robusta d’avaries basada en la generació d’un llindar adaptatiu utilitzant observadors LPV d’intervals. International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, 26(3): 258-283, 2011. <DOI: 10.1002/acs.1263>
V. Puig, C. Ocampo-Martínez, J. Romera, J. Quevedo, R. Negenborn, P. Rodríguez i S. de Campos. Control predictiu del sistema combinat d’irrigació i subministrament d’aigua: aplicació al riu Guadiana, 2012 IEEE International Conference on Networking, Sensing and Control, 2012, Pequín, Xina, pp. 85-90. <doi: 10.1109/ICNSC.2012.6204896>
J.M. Grosso, C. Ocampo-Martínez i V. Puig. Control predictiu neuro-fuzzy multilevel adaptatiu per xarxes d’aigua potable, 2012 Mediterranean Conference on Control and Automation, 2012, Barcelona, pp. 1548-1553, IEEE. <doi: 10.1109/MED.2012.6265859>
D. Robles, V. Puig, C. Ocampo-Martínez i L.E. Garza Castañón. Metodologia per a l’avaluació de la tolerància a fallades d’actuadors de MPC amb restriccions lineals: aplicació a la xarxa d’aigua de Barcelona, 2012 Mediterranean Conference on Control and Automation, 2012, Barcelona, pp. 518-523, IEEE. <doi: 10.1109/MED.2012.6265690>
V. Puig, C. Ocampo-Martínez i S. Montes. Estratègia de MPC descentralitzat temporal jeràrquic per xarxes d’aigua potable: aplicació a l’estudi de cas de Barcelona, 2012 Mediterranean Conference on Control and Automation, 2012, Barcelona, pp. 734-739, IEEE. <doi: 10.1109/MED.2012.6265726>
F J.M. Grosso, C. Ocampo-Martínez i V. Puig. Un model de control predictiu de fiabilitat del servei amb estocs de seguretat dinàmics i monitoratge de la salut dels actuadors per xarxes d’aigua potable, 2012 IEEE Conference on Decision and Control, 2012, IEEE, a publicar.
R. Sarrate, F. Nejjari i A. Rosich. Col·locació de sensors per a la maximització del rendiment de diagnosi d’avaries en xarxes de distribució, 2012 Mediterranean Conference on Control and Automation, 2012, Barcelona, pp. 110-115, IEEE.<doi: 10.1109/MED.2012.6265623>