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基于特征模型的疏浚过程中泥浆浓度与流速联合控制研究
| 论文题名： | 基于特征模型的疏浚过程中泥浆浓度与流速联合控制研究 |
| 关键词： | 航道疏浚;绞吸挖泥船;泥浆浓度;流速控制;特征模型 |
| 摘要： | 绞吸挖泥船作为疏浚工程中的重要设备，对改善河道环境和加强通航能力产生重要作用，被广泛应用于国家的各种重大工程中，因此，对绞吸挖泥船的疏浚成本和工作效率也提出了非常高的要求。本文对疏浚作业的自动化控制展开研究，主要对绞吸挖泥船的泥浆浓度与流速进行控制，以达到提高疏浚作业产量和效率，降低疏浚成本的目标。 在绞吸挖泥船疏浚作业过程中，泥浆浓度与流速控制所遇到的难题包括机理建模困难、参数时变、存在时滞和不确定性等等。针对上述问题，本文采用特征建模方法来描述泥浆浓度与流速过程，根据控制需求和对象特性，将基于特征模型的全系数自适应控制方法用于泥浆浓度与流速的控制系统中，并探讨其可行性和控制效果，本文研究工作主要包含以下几个方面： 首先，进行绞吸挖泥船的系统分析。研究绞吸挖泥船的结构及工作原理，分析泥浆浓度与流速的耦合关系和关键影响因素，对整个绞吸挖泥船疏浚作业系统的特点进行总结，完成泥浆浓度与流速控制器整体方案的设计工作。 其次，进行泥浆浓度与流速模型的建立。针对绞吸挖泥船泥浆浓度与流速过程存在建模困难与耦合性等问题，根据实际控制要求与被控对象特性，采用特征建模方法来描述泥浆浓度与流速过程，为复杂对象控制器的设计工作奠定基础。由于时滞等因素的影响，为了更好地模拟实际疏浚过程，对泥浆浓度与流速的特征模型结构形式进行优化，并运用递推最小二乘算法进行特征参数辨识，最终通过实际工程考察方法对泥浆浓度与流速特征模型的准确性进行验证。 然后，进行泥浆浓度与流速联合控制器的设计。基于构建的绞吸挖泥船泥浆浓度与流速特征模型，采用黄金分割自适应控制与维持/跟踪控制相结合的方法设计泥浆浓度与流速联合控制器，并通过误差预报、联合参数估计等手段进行优化改进，以提高泥浆浓度与流速控制系统的整体性能。 最后，进行泥浆浓度与流速控制系统的仿真研究。根据设计的绞吸挖泥船泥浆浓度与流速联合控制器，在MATLAB/Simulink中搭建泥浆浓度与流速控制系统的仿真模型，进行单独控制浓度、单独控制流速和浓度流速联合控制的仿真对比实验，以验证设计的泥浆浓度与流速联合控制器的工作性能。 |
| 作者： | 麻天一 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 高岚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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