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原文传递绞吸挖泥船模拟机实现

论文题名：	绞吸挖泥船模拟机实现
关键词：	绞吸挖泥船;模拟机;排泥管;管道模型;工况预测
摘要：	随着疏浚行业不断发展的市场需求和科技进步，挖泥船制造技术得到不断更新和完善，使其向更加大型化、自动化、环保化的方向发展，挖泥船的系统结构、操作规范等也越来越复杂，因此疏浚模拟机的研制显得越来越重要。本文介绍了绞吸挖泥船模拟机实现的相关研究工作，它是江苏省科技厅的科技公关项目“大型特种工程船自动化系统关键设备开发”中的一个重要子课题。本文的“绞吸挖泥船输送系统沿程压降优化计算方案”和“绞吸挖泥船排泥管工况预测模型”等研究成果已经在疏浚自动化工程中得到初步应用，并获得了一些肯定。针对传统水力学经验公式只适用于特定土质范围，不能满足绞吸挖泥船实际应用中常出现的多种土质混合现象，本文提出一种根据不同土质选用适当公式的优化计算方案。由此可以根据传感器获得的土质特征判断当前管道段土质，然后使用相应计算方案计算管道压降。模拟试验结果表明采用此方案后，在绞吸挖泥船常见土质范围内计算精度明显提高。根据现有水力学理论不能直接通过计算来预测绞吸挖泥船排泥管工况的现状，本文建立了排泥管的管道模型，并在此基础上给出一种基于采样系统的绞吸挖泥船排泥管工况预测模型。模型计算结果与实际数据对比结果表明本预测模型基本满足工程预测要求。在挖泥模拟系统中，分析了已有绞刀电机模型，得到绞刀电机的机械特性曲线和绞刀的机械特性曲线，并给出以两条曲线的交点来确定绞刀电机的稳态工作点的例子。最后在模拟现实系统中，根据目前国内外发展的情况给出了我国绞吸挖泥船模拟机的模拟现实效果，软件部分采用近年来热门的高开发效率平台C＃.NET 实现。随着疏浚行业不断发展的市场需求和科技进步，挖泥船制造技术得到不断更新和完善，使其向更加大型化、自动化、环保化的方向发展，挖泥船的系统结构、操作规范等也越来越复杂，因此疏浚模拟机的研制显得越来越重要。本文介绍了绞吸挖泥船模拟机实现的相关研究工作，它是江苏省科技厅的科技公关项目“大型特种工程船自动化系统关键设备开发”中的一个重要子课题。本文的“绞吸挖泥船输送系统沿程压降优化计算方案”和“绞吸挖泥船排泥管工况预测模型”等研究成果已经在疏浚自动化工程中得到初步应用，并获得了一些肯定。针对传统水力学经验公式只适用于特定土质范围，不能满足绞吸挖泥船实际应用中常出现的多种土质混合现象，本文提出一种根据不同土质选用适当公式的优化计算方案。考虑现有理论、土质本身特点以及这些土质在输送过程中的不同表现把它们分成以下粘塑性物料、非粘性物料和胶结固化物料,然后对这三种分类分别提出计算方法。对于土质为纯粘塑性物料的情况属于传统计算方法比较适用的范围，因此不对原方案作改动。非粘性物料为主要成分时采用Duran的重力理论模型来计算。泥浆含胶结固化物料时采用两相载体的思想，但不直接使用Wasp的方法，而是综合上两种计算方法得到一个较简单的公式。由此可以根据传感器获得的土质特征判断当前管道段土质，然后使用相应计算方案计算管道压降。模拟试验结果表明采用此方案后，在绞吸挖泥船常见土质范围内计算精度明显提高。根据现有水力学理论不能直接通过计算来预测绞吸挖泥船排泥管工况的现状，本文建立了排泥管的管道模型，并在此基础上给出一种基于采样系统的绞吸挖泥船排泥管工况预测模型。包括压力预测、流速预测、浓度预测和平均浓度预测。绞吸挖泥船的工况监测目前已经进入实际应用阶段，但监控能力还非常有限。其中对排泥管工况监测的研究的进展比较缓慢，传统方案大多靠安装大量传感器来实现一部分的参数监测，对工况预测的研究就更加鲜有所闻。本文的绞吸挖泥船的工况预测数学模型结合了工况的监测和预测，并且避免了陈旧方案安装大量传感器所带来的成本负担和其它负面影响，同时又可以保留大量数据供事故分析及科研使用。更重要的是这样的系统与排泥管辅助决策系统紧密关联，它作为为排泥管辅助决策系统的接口，使得实现当前绞吸挖泥船辅助决策系统中所缺少的排泥管防沉淀、防爆管决策模块成为可能模型计算结果与实际数据对比结果表明本预测模型基本满足工程预测要求。在绞刀电动机拖动系统的模型中，由于缺乏调速系统的详细资料和技术数据，不能建立其精确的模型，在绞刀电动机的特性方程中不能确定其电枢电压U的动态值。为此将这个问题简化为求取拖动系统的稳态工作点来解决。因此在挖泥模拟系统中，分析了已有挖掘模型和绞刀电机模型，得到绞刀电机的机械特性曲线和绞刀的机械特性曲线，并给出以两条曲线的交点来确定绞刀电机的稳态工作点的例子。通过这种方法可以计算出挖掘不同土质时的绞刀电机工作点，这样辅助决策系统就可以通过土质把挖泥系统和排泥系统结合起来。最后在模拟现实系统中，根据目前国内外发展的情况给出了我国绞吸挖泥船模拟机的模拟现实效果和软件方案，软件部分采用近年来热门的高开发效率平台C＃.NET 实现。由于软件工程量十分浩大，部分软件仍然处于开发阶段。
作者：	丁涛
专业：	控制理论与控制工程
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：	2008
正文语种：	中文