自航耙吸式挖泥船装载系统的优化与研究

论文摘要

现代化自航耙吸挖泥船安装了许多的自动化系统,而这些自动化系统可在驾驶室利用集成的计算机系统进行控制。操作人员需要对这些系统设置正确的设定值。而设定值的确定所需要的决策信息并不是随手可得的。本文对影响自航耙吸式挖泥船疏浚效率的主要的两个疏浚过程进行了研究,泥泵-管线过程和泥舱沉积过程。建立了泥泵-管线模型,沉积模型及估算溢流损失的溢流密度模型并验证了这些模型是准确的。介绍了用最优化理论技术估计参数的方法,通过实测数据对模型中关于土壤的参数进行了估计和校准。在线或者离线的估计了模型中与土壤有关的参数。泥泵-管线模型中估算了泥泵的固体影响参数,取决于混合物中沙粒径的固体影响参数,摩擦系数。泥舱沉积模型中估算了泥舱内的沙床密度,未受扰动的沉降速度。在线估计使用递推最小二乘法,离线估计使用模式搜索的方法。提出了方差与平方和这两个性能指标用于评价模型的准确性和适用性。本文的研究使疏浚过程从黑盒变为了白盒,为操作人员在决策时提供了必要的信息,也为设计一种基于模型的预测控制系统提供了可能性。通过调整不多的模型中关于土壤的参数来实现对疏浚性能的优化,从而能够减少溢流损失,缩短疏浚周期,提高生产效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 自航耙吸式挖泥船的系统介绍
• 1.2.1 耙头
• 1.2.2 离心泵
• 1.2.3 吸管
• 1.2.4 波浪补偿器
• 1.2.5 泥舱
• 1.2.6 溢流堰
• 1.2.7 疏浚周期和最佳疏浚时间
• 1.3 国外研究现状
• 1.3.1 发展历程及趋势
• 1.3.2 不同发展阶段及主要技术特征
• 1.3.3 后续阶段
• 1.4 国内研究现状
• 1.4.1 我国耙吸挖泥船发展回顾
• 1.4.2 我国大型耙吸式挖泥船发展的特点
• 1.5 自航耙吸式挖泥船的发展方向
• 1.5.1 大型化
• 1.5.2 高度智能化
• 1.5.3 疏浚性能优化
• 1.6 主要研究内容与文章结构安排
• 1.7 本章小结
• 第2章 自航耙吸挖泥船动态建模
• 2.1 引言
• 2.2 总体模型综述
• 2.3 泥泵-管线系统的建模
• 2.3.1 泥泵模型
• 2.3.2 管线模型
• 2.3.3 管线中影响水头压力的其他因素
• 2.3.4 静压头损失
• 2.3.5 气蚀现象
• 2.3.6 耙头的压力损失
• 2.3.7 取决于土壤的参数
• 2.4 泥舱沉积过程系统建模
• 2.4.1 质量平衡方程
• 2.4.2 溢流密度
• 2.4.3 取决于土壤的参数
• 2.5 本章小结
• 第3章 参数估计方法
• 3.1 引言
• 3.2 参数估计的方法
• 3.2.1 模式搜索法
• 3.2.2 最小二乘法
• 3.2.3 递推最小二乘算法
• 3.3 性能评估指标
• 3.4 本章小结
• 第4章 参数估计与模型验证
• 4.1 用于校准的数据
• 4.2 泥泵－管线模型参数估计与模型验证
• 4.2.1 参数估计的模型
• 4.2.2 离线估计参数γ
• 4.2.3 在线估计参数γ
• 4.2.4 离线估计参数λf 和Skt
• 4.2.5 参数的估计值与仿真结果
• 4.2.6 泵吸过程的自适应参数估计
• 4.3 泥舱沉积过程的参数估计与模型仿真
• 4.3.1 灵敏度分析
• 4.3.2 参数估计的模型
• 4.3.3 溢流量和溢流密度的计算值
• 4.3.4 沙床高度
• 4.3.5 模式搜索算法的应用
• 4.3.6 参数的估计值与仿真结果
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所申请的专利
• 致谢
• 大摘要