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绞吸挖泥船泥浆浓度控制

绞吸挖泥船泥浆浓度控制

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作者：王东生大连海事大学

学位级别：硕士

随着科技的不断进步,疏浚行业也取得了长足的发展。绞吸式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。现代绞吸式挖泥船正朝着自动化、智能化方向发展,成为土地复垦和港口开发的重要设备,如何提高绞吸式挖泥船... 详细信息

随着科技的不断进步,疏浚行业也取得了长足的发展。绞吸式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。现代绞吸式挖泥船正朝着自动化、智能化方向发展,成为土地复垦和港口开发的重要设备,如何提高绞吸式挖泥船的生产效率是当前的研究热点。为提高绞吸挖泥船的生产效率,本文基于预测控制理论研究疏浚作业过程中泥浆浓度的控制方法来保证泥浆浓度稳定。主要工作如下:(1)针对绞吸挖泥船疏浚过程影响因素众多建模困难的问题,本文在对疏浚过程进行详细分析的基础上,基于实际疏浚施工时采集的数据,利用基于多元线性回归的状态空间辨识算法建立了泥浆浓度模型。模型以横移速度和步进长度为输入,泥浆浓度为输出,从工程控制的需求出发,为设计横移过程模型预测控制器提供了可靠的数学模型。(2)针对绞吸挖泥船疏浚过程泥浆浓度控制系统不确定性的控制难点,本文分别设计无约束和有约束条件下的两种横移过程模型预测控制器,控制器可以很好处理系统的不确定性和系统约束。仿真表明,控制器在合适的参数下能够使系统快速跟踪目标浓度。有约束控制器能够对横移速度进行约束,符合实际的疏浚作业过程。(3)以模型预测控制理论为基础,本文将系统辨识中子空间方法和基于模型的预测控制方法的中间结果融合,基于绞吸挖泥船疏浚数据设计横移过程子空间模型预测控制器。仿真表明,所设计的控制器可在不需要具体参数模型的情况下控制泥浆浓度。(4)针对绞吸挖泥船疏浚施工时工况复杂多变,利用脱机数据得到的预测系数不能适用于不同工况的问题,设计了横移过程自适应子空间模型预测控制器。该控制器不需要在开始控制之前获取脱机数据,而是利用新数据,通过在线更新系统的参数来工作。仿真表明,在复杂工况下控制器参数能够动态调节,达到自适应控制泥浆浓度的目的。(5)绞吸挖泥船实际疏浚作业时,单独调节横移速度很难达到期望的泥浆浓度,还需要对步进长度进行调节。本文以泥浆浓度和横移速度偏差值为输入,步进长度为输出,设计了台车步进过程模糊控制器。本文设计的横移过程自适应子空间模型预测控制器和步进过程模糊控制器构成了完整的疏浚过程泥浆浓度控制系统,可同时对横移速度和步进长度进行调节,实现泥浆浓度的自动控制,从而提高疏浚效率。仿真表明,所设计的疏浚过程泥浆浓度控制系统在合适参数下能够满足绞吸挖泥船复杂的控制要求。

关键词：绞吸挖泥船多元线性回归模型预测控制子空间模型预测控制自适应子空间模型预测控制模糊控制

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