耙吸挖泥船疏浚性能在线优化控制策略研究

发布时间：2017-09-16 15:10

  本文关键词：耙吸挖泥船疏浚性能在线优化控制策略研究

  更多相关文章： 耙吸式挖泥船 疏浚模型 粒子滤波 遗传算法 优化策略 绿色船舶

【摘要】：近年来,我国的疏浚产业已取得蓬勃发展。其业务领域已由单纯的港口航道浚深拓宽不断向相关产业和领域延伸,如:围海围滩造地、海洋海岸工程建设、水利与防洪项目、环境保护改善、人工岛建设等。面临广阔的疏浚市场,我国的疏浚装备数量也成倍增长,但目前疏浚装备效率不高是制约疏浚能力进一步提升的关键因素,因此提升挖泥船疏浚效率,实现挖泥船高效疏浚、智能疏浚是当下研究的重要课题。本文以耙吸挖泥船为研究对象,开展耙吸挖泥船疏浚机理研究,对疏浚过程进行动态建模,并利用实船数据对模型进行验证与校准,然后运用遗传算法与模式搜索等算法对模型参数进行估计,同时研究了粒子滤波算法在疏浚性能优化中的具体应用。最后提出绿色船舶与绿色疏浚的相关概念,并针对能耗最优这一目标进行相关研究,提出最佳控制策略。具体工作如下:首先,本文对耙头挖掘过程机理进行了充分分析,建立了耙头吸入流量的数学模型和耙头吸入密度的黑箱模型。同时通过粒子滤波算法建立预测模型来预测耙头吸入密度,并且使用实测数据验证了预测模型的准确性。其次,对装舱过程进行了深入分析,介绍了三种模型来描述沉积过程,并使用实测数据对三种模型的准确度进行了验证,比较选出效果最优的模型。运用遗传算法和模式搜索对模型中与土壤相关的参数进行估算,估算结果利用装舱质量进行验证。与此同时,针对沉积过程运用粒子滤波算法得出溢流量和溢流密度的估算值。最后,从“绿色船舶”的理念出发,给出最佳疏浚停止时间的确定方案。本文中给出了三种方案,其中重点考虑第三种,以工作日产量最大化为目标的疏浚停止时间确定方案。考虑“绿色标准”的现代挖泥船控制策略将成为一个新的研究方向。
【关键词】：耙吸式挖泥船 疏浚模型 粒子滤波 遗传算法 优化策略 绿色船舶
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U616.21
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 课题研究的背景、目的及意义14-16
• 1.1.1 课题研究的背景14-15
• 1.1.2 课题研究的目的及意义15-16
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势16-17
• 1.2.1 国内外研究现状16-17
• 1.2.2 课题发展趋势17
• 1.3 课题研究的内容与文章结构17-20
• 1.3.1 课题研究内容17-18
• 1.3.2 研究方法18-19
• 1.3.3 文章结构19-20
• 第2章 耙吸挖泥船疏浚机理分析与建模20-40
• 2.1 引言20
• 2.2 自航耙吸挖泥船主要设备简介20-22
• 2.2.1 耙头20-21
• 2.2.2 泥泵21
• 2.2.3 吸管21
• 2.2.4 泥舱21
• 2.2.5 溢流堰21-22
• 2.3 耙头疏浚机理分析与建模22-28
• 2.3.1 概述22
• 2.3.2 切削过程22-25
• 2.3.3 高压冲水过程25
• 2.3.4 耙头吸入流量分析25-26
• 2.3.5 黑箱模型26-27
• 2.3.6 耙头对地角度27-28
• 2.4 装舱过程分析及模型28-36
• 2.4.1 概述28-30
• 2.4.2 溢流流量30
• 2.4.3 溢流密度30-36
• 2.5 数据验证与结果分析36-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第3章 疏浚模型中的参数优化40-52
• 3.1 引言40
• 3.2 遗传算法用于估计模型参数40-46
• 3.2.1 遗传算法简介40-42
• 3.2.2 遗传算法与疏浚模型的结合42-44
• 3.2.3 价值函数44
• 3.2.4 遗传算法在参数估计中的实现44-46
• 3.3 模式搜索算法46-47
• 3.4 仿真结果分析47-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第4章 粒子滤波在疏浚状态量估计中的应用52-72
• 4.1 引言52
• 4.2 粒子滤波基本理论52-59
• 4.2.1 粒子滤波的起源52-53
• 4.2.2 常用的预测滤波算法53-54
• 4.2.3 递推贝叶斯估计54-56
• 4.2.4 蒙特卡洛分析56
• 4.2.5 粒子滤波基本算法56
• 4.2.6 顺序重要性采样算法SIS56-57
• 4.2.7 粒子退化现象57-58
• 4.2.8 选取好的重要性密度函数58-59
• 4.2.9 采样重要性重采样算法SIR59
• 4.3 粒子滤波实现步骤59-60
• 4.4 粒子滤波的预测模型60-62
• 4.5 粒子滤波用于估算溢流密度、溢流量62-64
• 4.5.1 状态空间模型的建立62-63
• 4.5.2 粒子滤波器的实现63-64
• 4.6 耙头模型预估结果分析64-67
• 4.6.1 施工工况64-65
• 4.6.2 进舱密度预测65-67
• 4.6.3 预测模型性能的量化67
• 4.7 溢流密度、溢流量预估结果分析67-70
• 4.8 本章小结70-72
• 第5章 优化控制策略分析72-79
• 5.1 引言72
• 5.2 绿色船舶72-73
• 5.2.1 绿色标准73
• 5.2.2 绿色疏浚73
• 5.3 优化目标73-75
• 5.4 疏浚最佳停止时间方案75-78
• 5.5 本章小结78-79
• 总结与展望79-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士期间发表学术论文85-87
• 致谢87

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本文编号：863787