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基于模型预测控制的自航耙吸挖泥船疏浚优化控制研究
| 论文题名： | 基于模型预测控制的自航耙吸挖泥船疏浚优化控制研究 |
| 关键词： | 挖泥船;优化控制;预测模型;疏浚效率 |
| 摘要： | 随着科技的不断进步,我国疏浚作业能力已取得长足发展,疏浚设备也随之得到更新。我国疏浚设备朝着大型化和自动化方面发展,但是对疏浚高效化方面还缺少研究,在现有的疏浚设备基础上提高疏浚性能、提升疏浚效率是我国疏浚事业亟待研究和发展的方向。基于此开展耙吸挖泥船疏浚机理研究,探讨疏浚优化工况方法,对提高挖泥船疏浚效率具有重大意义。 本课题从耙吸挖泥船疏浚机理出发,建立基于控制的耙吸挖泥船数学模型,通过对疏浚过程和生产效率的智能评估与分析,采用模型预测控制(MPC)技术,获取疏浚优化的最佳策略,实现在不同土质和不同疏浚装备工况条件下的优化控制。 首先在考虑土壤等因素的影响条件下,论文建立基于控制的耙吸挖泥船挖掘装舱过程的数学模型,对耙头挖掘过程和泥舱沉积过程进行了机理分析与数学建模,并采用挖泥船实测数据对模型进行验证。验证结果表明模型具有很高的准确性,可用于MPC控制设计。 其次在系统分析和研究挖泥船疏浚过程的基础上,提出一种基于模型预测控制的在线疏浚优化的方法,优化的目的是使挖泥船在完整疏浚周期内的产量最大化。MPC控制器由数学模型、目标函数和优化器三个部分构成。 疏浚优化过程是一个复杂的多系统耦合,多约束条件问题。本文将遗传算法运用于MPC控制器的优化器,使优化器能在大搜索空间中以相对较少的时间达到最优值,寻找到最佳的可控疏浚参数。然后采用“新海凤”号自航耙吸式挖泥船工程实测数据对该 MPC控制器及其优化算法进行了仿真验证,并与现有控制技术进行性能比较,结果表明 MPC优化方法能够使挖泥船的疏浚周期缩短10％～18％,周期产能提高10％。 最后采用LabVIEW开发了基于MPC的疏浚优化控制系统人机界面。系统根据周期产量和时间效率对疏浚性能进行评估,给出历史最优疏浚周期以及与疏浚工况条件相适应的最优可控参数,以达到疏浚产量最大化,提高挖泥船的疏浚效率和性能。 |
| 作者： | 王湘 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 杨奕飞 |
| 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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