基于模型預(yù)測控制的自航耙吸挖泥船疏浚優(yōu)化控制研究.pdf

1、隨著科技的不斷進(jìn)步,我國疏浚作業(yè)能力已取得長足發(fā)展,疏浚設(shè)備也隨之得到更新。我國疏浚設(shè)備朝著大型化和自動化方面發(fā)展,但是對疏浚高效化方面還缺少研究,在現(xiàn)有的疏浚設(shè)備基礎(chǔ)上提高疏浚性能、提升疏浚效率是我國疏浚事業(yè)亟待研究和發(fā)展的方向?；诖碎_展耙吸挖泥船疏浚機(jī)理研究,探討疏浚優(yōu)化工況方法,對提高挖泥船疏浚效率具有重大意義。
　　本課題從耙吸挖泥船疏浚機(jī)理出發(fā),建立基于控制的耙吸挖泥船數(shù)學(xué)模型,通過對疏浚過程和生產(chǎn)效率的智能評估與分析

2、,采用模型預(yù)測控制(MPC)技術(shù),獲取疏浚優(yōu)化的最佳策略,實(shí)現(xiàn)在不同土質(zhì)和不同疏浚裝備工況條件下的優(yōu)化控制。
　　首先在考慮土壤等因素的影響條件下,論文建立基于控制的耙吸挖泥船挖掘裝艙過程的數(shù)學(xué)模型,對耙頭挖掘過程和泥艙沉積過程進(jìn)行了機(jī)理分析與數(shù)學(xué)建模,并采用挖泥船實(shí)測數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明模型具有很高的準(zhǔn)確性,可用于MPC控制設(shè)計。
　　其次在系統(tǒng)分析和研究挖泥船疏浚過程的基礎(chǔ)上,提出一種基于模型預(yù)測控制的在線疏

3、浚優(yōu)化的方法,優(yōu)化的目的是使挖泥船在完整疏浚周期內(nèi)的產(chǎn)量最大化。MPC控制器由數(shù)學(xué)模型、目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化器三個部分構(gòu)成。
　　疏浚優(yōu)化過程是一個復(fù)雜的多系統(tǒng)耦合,多約束條件問題。本文將遺傳算法運(yùn)用于MPC控制器的優(yōu)化器,使優(yōu)化器能在大搜索空間中以相對較少的時間達(dá)到最優(yōu)值,尋找到最佳的可控疏浚參數(shù)。然后采用“新海鳳”號自航耙吸式挖泥船工程實(shí)測數(shù)據(jù)對該 MPC控制器及其優(yōu)化算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,并與現(xiàn)有控制技術(shù)進(jìn)行性能比較,結(jié)果表明 MP