一种耙吸挖泥船管道输送控制方法技术

本发明专利技术公开了一种耙吸挖泥船管道输送控制方法，通过建立耙吸挖泥船输送系统的三维模型，获取传感器测得耙吸挖泥船管道内的各参数，将参数输入到三维模型中，仿真耙吸挖泥船输送状态，反馈得到耙吸挖泥船管道内随运行时间变化而演化的仿真运行状态数值，对输送三维模型中的对应参数进行更新，完成三维模型的校准，当输送三维模型中反馈堵塞信号时，使用动态时域矩阵控制器提高耙吸挖泥船的泥泵转速，直至堵塞信号消失。本发明专利技术根据传感器获得的数据和虚拟三维模型的仿真数据优化耙吸挖泥船管道输送模型，对耙吸挖泥船输送系统堵塞诊断，通过动态矩阵控制器对泥泵转速进行合理控制，解决输送管道易堵塞、自动化水平低的技术问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种耙吸挖泥船管道输送控制方法


[0001]本专利技术涉及挖泥船控制
，具体涉及一种耙吸挖泥船管道输送控制方法。

技术介绍

[0002]对于疏浚船舶而言，集成控制系统一直都是耙吸挖泥船的核心所在。集成控制系统技术水平的高低也直接影响了耙吸挖泥船的生产效率。目前的集成监控水平主要停留在监测、报警、分析、辅助决策为主要代表水平，挖泥施工操作还是需要由施工人员手动完成。疏浚作业人员的操作水平和熟练程度较大程度地影响挖泥船施工产量。这不仅对操作人员提出了较高的要求，而且保持高产量施工需要施工人员保持专注状态、劳动强度大。
[0003]在当前施工中对于管道输送状态判断主要靠临界流速，现有的临界流速计算式是根据实验获得的经验公式，常常适用于小管径、细颗粒的水平输送。挖泥船管道输送的泥沙属于粗颗粒物，而耙臂管道在施工中都是倾斜的，这些临界流速计算式无法适用于耙吸挖泥船内管道输送，由于大型耙吸挖泥船价值昂贵，考虑到各方面因素，难以做出实船实验，无法总结出对应各种工况的临界流速计算式。在施工过程中往往靠操作人员经验控制泥泵，由于理论不够成熟和较少使用优化控制技术，容易造成输送管道堵塞、降低耙吸挖泥船工作效率等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种耙吸挖泥船管道输送控制控制方法，以解决现有技术中耙吸挖泥船工作效率低下、管道易堵塞、自动化水平低的技术问题。
[0005]本专利技术提供了一种耙吸挖泥船管道输送控制方法，包括：
[0006]步骤1：建立耙吸挖泥船输送系统的三维模型，所述模型包括：耙吸挖泥船输送管道模型和泥泵装置模型；
[0007]步骤2：获取传感器测得耙吸挖泥船管道内的各参数，作为物理实体参数；
[0008]步骤3：将所述物理实体参数输入到所述三维模型中，所述三维模型以虚拟方式仿真耙吸挖泥船输送状态，反馈得到耙吸挖泥船管道内随运行时间变化而演化的仿真运行状态数值；
[0009]步骤4：将所述仿真运行状态数值与所述物理实体参数进行迭代、同步更新和交互映射，对输送三维模型中的对应参数进行更新，完成三维模型的校准；
[0010]步骤5：当输送三维模型中反馈堵塞信号时，使用动态时域矩阵控制器提高耙吸挖泥船的泥泵转速，直至堵塞信号消失。
[0011]进一步地，所述步骤1中三维模型建立的方法为：
[0012]根据实际测得的耙吸挖泥船输送管道和泥泵装置的结构参数、材料参数、几何参数以及物理作用关系，来表达设备结构、尺寸，并使用CAE建模软件构建流体动力学的三维模型。
[0013]进一步地，所述步骤2的各参数包括：管道内泥浆混合物的流速、密度、浓度、粒径
大小、温度、泥泵转速、泥泵功率、泥泵入口真空度。
[0014]进一步地，所述步骤4中三维模型校准过程具体如下：
[0015]步骤41：在耙吸挖泥船输送管道模型中设置虚拟传感器，获得在三维模型的虚拟环境下，耙吸挖泥船输送管道的仿真运行状态数值。
[0016]步骤42：根据物理实体参数与仿真运行状态数值的偏差值，判断耙吸挖泥船输送管道模型是否与物理实体匹配，当不匹配时，根据偏差值计算梯度，调整三维模型参数，重复步骤42直到完成校准。
[0017]进一步地，当所述步骤5模拟产生管道内泥浆浓度分布最大值与最小值相差大于20％时，产生管道输送系统堵塞信号。
[0018]进一步地，所述步骤5采用动态时域矩阵控制器，控制结构主要由预测模型、滚动优化、反馈校正及闭环控制的形式构成。
[0019]本专利技术的有益效果：本专利技术将耙吸挖泥船输送管道系统的物理实体与虚拟模型结合，根据传感器获得的状态监测数据和虚拟三维模型的仿真数据优化耙吸挖泥船管道输送模型，对耙吸挖泥船输送系统堵塞诊断，并设计了动态矩阵控制器对泥泵转速进行合理控制，可以有效解决输送管道易堵塞、自动化水平低的技术问题。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]本专利技术实施例提供一种耙吸挖泥船管道输送控制方法，包括：
[0022]步骤1：建立耙吸挖泥船输送系统的三维模型，模型包括耙吸挖泥船输送管道模型和泥泵装置模型；
[0023]耙吸挖泥船输送系统的三维模型：模型基于管道图纸、泥泵参数、以及耙吸挖泥船的工况建立耙吸挖泥船管道输送流体动力学模型。其中，耙吸挖泥船输送系统的三维模型是基于欧拉多相流模型和离散颗粒模型耦合建立的流体动力学模型。该模型网络由一系列能够代表管道内流体空间分布的“单元体”组成，该模型能够预测各单元体内的泥沙含量和泥浆流速。建立耙吸挖泥船管道输送的三维模型过程中，首先根据管道图纸和泥泵参数将其概化为模型单元体网络；采用欧拉多相流模型建立管道泥浆水动力模型，可模拟泥浆在给定条件下的流动情况；
[0024]欧拉多相流模型中，质量连续方程为：
[0025][0026]式中α
n
为第n相的体积分数，为流体速度，为普拉斯算子。
[0027]欧拉多相流模型中，动量守恒方程：
[0028][0029]式中p表示流体静压力，表示重力加速度，表示液体受到的体积力，表示相
间拖拽力，μ
s
为流体粘度。
[0030]离散颗粒模型中，颗粒位置方程：
[0031][0032]式中是数值计算空间内颗粒位置矢量,t是时间，为颗粒速度矢量。
[0033]离散颗粒模型中，颗粒运动方程:
[0034][0035]式中，F
d
为流体拖拽力即阻力，F
P
为压力梯度力，F
b
为浮力，F
a
为附加质量力，F
r
为在低雷诺数下发生的旋转力，d
k
、ρ
k
和V
k
分别代表颗粒的直径、密度和速度。
[0036]为实现用欧拉双相流模型模拟管道内泥浆运动状态，需要对模型的参数进行设定，开启模型中流体湍流状态模拟选项，并设定模型参数，包括泥浆混合物的湍流强度和水力直径，其湍流强度可依据流体雷诺数选取，其水力直径等于管道直径。
[0037]所述的欧拉多相流模型和离散颗粒模型耦合建立的流体动力学模型可以模拟流体在管道内流动情况，与现实情况相符合，保证三维模型在模拟仿真的准确性、真实性。
[0038]步骤2：获取传感器测得耙吸挖泥船管道内的各参数，作为物理实体参数；
[0039]各参数主要包括：管道内泥浆混合物的流速、密度、浓度、粒径大小、温度、泥泵转速、泥泵功率、泥泵入口真空度以及一些常规辅助参数；管道内泥浆混合物的流速、密度、浓度、粒径大小、温度作为描述管道内泥浆混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耙吸挖泥船管道输送控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立耙吸挖泥船输送系统的三维模型，所述模型包括：耙吸挖泥船输送管道模型和泥泵装置模型；步骤2：获取传感器测得耙吸挖泥船管道内的各参数，作为物理实体参数；步骤3：将所述物理实体参数输入到所述三维模型中，所述三维模型以虚拟方式仿真耙吸挖泥船输送状态，反馈得到耙吸挖泥船管道内随运行时间变化而演化的仿真运行状态数值；步骤4：将所述仿真运行状态数值与所述物理实体参数进行迭代、同步更新和交互映射，对输送三维模型中的对应参数进行更新，完成三维模型的校准；步骤5：当输送三维模型中反馈堵塞信号时，使用动态时域矩阵控制器提高耙吸挖泥船的泥泵转速，直至堵塞信号消失。2.如权利要求1所述的耙吸挖泥船管道输送控制方法，其特征在于，所述步骤1中三维模型建立的方法为：根据实际测得的耙吸挖泥船输送管道和泥泵装置的结构参数、材料参数、几何参数以及物理作用关系，来表达设备结构、尺寸，并使用CAE建模软件构建流体动力学的三维模型。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏贞，张曦元，栾蓉宇，俞孟蕻，袁伟，齐亮，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：