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基于模型预测控制的耙吸挖泥船疏浚机理优化的研究
| 论文题名： | 基于模型预测控制的耙吸挖泥船疏浚机理优化的研究 |
| 关键词： | 航道工程;耙吸挖泥船;疏浚机理;优化设计;预测模型 |
| 摘要： | 随着我国经济的快速增长,疏浚行业也取得较大的发展。耙吸挖泥船作为疏浚行业的重要工具之一,具有调遣方便、疏浚效率高等优点,在航道疏浚和江河湖泊清淤作业中有着重要作用,而且耙吸挖泥船在大规模陆域吹填工程的建设中也发挥着越来越关键的作用。现代的耙吸挖泥船朝着大型化、自动化的方向发展,与此同时耙吸挖泥船疏浚的效率成为一个不容忽视的问题。因此,针对挖泥船疏浚机理优化的研究有利于提高耙船的市场竞争力、促进疏浚行业的发展,具有十分重要的意义。 本项目来源于交通部疏浚技术重点实验室开放基金课题,本文提出了基于模型预测控制对耙吸挖泥船整个疏浚机理进行优化的控制策略,主要工作如下: 针对耙吸挖泥船复杂的疏浚过程,将整个疏浚系统分成四个子系统,并分别对四个子系统建立数学模型,包括速度模型、耙头模型、泥泵-管道模型和泥舱模型,详细描述了各模型的功能和它们之间的联系。本文主要对速度模型进行详细分析,利用实船数据对速度模型进行参数估计和模型验证,并给出了耙头模型、泥泵-管道模型和泥舱模型的模拟结果。通过建立模型的性能评估指标,将数学模型的模拟值与实船疏浚的数据进行对比验证,结果表明所建立的模型具有良好的准确性,其中采用水层分段建模法建立的泥舱数学模型具有很高的拟合度,准确地描述了泥舱内的混合物状态。 本文利用模型预测控制理论并结合模式搜索算法,对挖泥船疏浚的输入控制量进行组合寻优,找到最佳的组合使得挖泥船的疏浚效率最高。结果表明该策略在疏浚细沙时产量提高十分可观,完整疏浚过程干土吨产量平均提高11％;而在疏浚粗砂时,这一优化策略提高的比例仅为2.2％,疏浚粗砂时MPC提高比例较低,因为MPC和实际疏浚采取的控制策略相同,即保证入流产能的最大化。疏浚效率的提高为耙吸挖泥船带来了直接的经济利益,同时MPC优化法另一个优点,它能有效降低挖泥船疏浚的溢流损失。在疏浚细沙时,装舱过程中相比较实际疏浚,MPC法优化控制后溢流损失减少了61％,而在完整疏浚过程中,MPC优化控制后溢流损失比实际疏浚减少了58％。现代社会越来越重视环境保护,挖泥船疏浚溢流损失的大大降低有利于海洋水域的环境保护,具有一定的社会效益。 本文从理论上分析了挖泥船提高产量的可行性策略,研究的结果对耙吸挖泥船疏浚有着重要的理论指导意义,目前我国对挖泥船疏浚机理的研究比较少,本文的研究为国内疏浚行业提出了新的课题。 |
| 作者： | 钱广亭 |
| 专业： | 模式识别与智能系统 |
| 导师： | 俞孟蕻 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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