[發明專利]一種工程船的動能和動量控制方法

有效

• 申請號: 201410449564.3
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104216291B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 張雷;張濱;李小剛
• 申請（專利權）人: 廣州文沖船廠有限責任公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司44202
• 代理人: 顏希文

1.一種工程船的動能和動量控制系統，其特征在于：包括設置于工程船上的牽引組件、運動頭、變頻驅動模塊和控制模塊，所述牽引組件的動力輸入端與變頻驅動模塊的輸出端相連接，其動力輸出端與運動頭的上端相連接；所述變頻驅動模塊的控制輸入端連接到控制模塊的控制輸出端。

2.根據權利要求1所述的一種工程船的動能和動量控制系統，其特征在于：所述牽引組件包括滑輪組件、剛絲繩、電機和套接并固定于電機輸出軸上的卷引輪，剛絲繩的一端通過滑接于滑輪組件與運動頭的上端相連接，另一端與卷引輪固定連接。

3.一種工程船的動能和動量控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)確定施工區域的數據

在施工區域，控制系統進行一個周期的施工，通過變頻驅動模塊獲取電機數據，測定施工區域的阻力數據；

2)準確控制施工

2.1)根據步驟1)測得的參數，對運動頭的施工深度和時間進行計算并確實，調整輸入變頻驅動模塊的控制信號，控制施工的動能和動量，實現第二個施工周期的準確控制；

2.2)以此類推，在第N-1個施工周期的參數的基礎上，對運動頭的施工深度和時間進行計算和確定，并調整輸入變頻驅動模塊的控制信號，控制施工的動能和動量，實現第N個施工周期的準確控制，所述N＝1，2，3……N。

4.根據權利要求3所述的一種工程船的動能和動量控制方法，其特征在于：所述步驟1)的具體步驟如下：

1.1)在運動頭第一次施工的周期中，運動頭處于入泥前的階段時，根據力學原理，得結果：

F＝MG-F_電-F_浮-F_阻??????????(1)

其中，MG為運動頭的重力，F_浮＝ρgV_排，ρ為液體密度，V_排為活動頭排開的液體的體積，F_電通過控制模塊從變頻驅動模塊獲取；

而運動頭在加速過程中，動量計算式為：

FT＝MV???????????????(2)

其中，F為運動頭的合力，T為活動頭入泥前所用的時間，可通過控制模塊從變頻驅動模塊獲取；MG為活動頭的重力，V為活動頭下降到相應位置時的速度；通過式(1)和(2)可得到F_阻；

1.2)運動頭在入泥減速階段，根據力學原理，得結果：

F’＝MG-F_電-F_浮-F’_阻???????????(3)

其中，F’為運動頭的合力，MG為活動頭的重力，F_浮＝ρgV_排，ρ為液體密度，V_排為活動頭排開的液體的體積，F_電通過控制模塊從變頻驅動模塊獲取；

而運動頭在加速階段和入泥減速階段中，可得：

FS＝0.5MV²??????????????(4)

F’S’＝0.5MV²??????????(5)

由式(2)、(4)和(5)，得到：

T=2MS/F]]>

T′=2MS′/F′]]>

其中，T和T’分別為運動頭入泥前和入泥后所用的時間；F和F’分別為運動頭入泥前和入泥后的合力，S和S’分別為運動頭入泥前和入泥后移動的深度，M為運動頭的質量，V為運動頭入泥前的速度；通過式(3)和(4)可計算得到F’_阻。

5.根據權利要求3所述的一種工程船的動能和動量控制方法，其特征在于：所述步驟2)的具體內容如下：

2.1)以步驟1.1)和1.2)計算得到活動頭在入泥前和入泥后的阻力F_阻和F’_阻，確定為該區域的參數，代入式1)、2)和4)，則可通過控制模塊調整輸入變頻驅動模塊的控制信號控制電機的牽引力F_電；可得到活動頭第二次施工周期的參數：

在步驟1.1)加速階段,由式(1)和(4)可得：

F₁S₁＝(MG-F_電-F_浮-F_阻)S₁＝0.5MV²????????????(6)

其中，F₁為運動頭入泥前的合力，S₁為運動頭入泥前的位移，V為入泥前的速度；

在步驟1.2)入泥階段，由式(3)和(4)可得：

F₁’S₁’＝(MG-F_電-F_浮-F’_阻)S₁’＝0.5MV²????????(7)

其中，F₁’為活動頭入泥后的合力，S₁’為運動頭入泥的深度，V為入泥前的速度；即由式(6)和(7)得運動頭第二次施工的結果：

S₁’＝(MG-F_電-F_浮-F_阻)(S+S’)/(MG-F_電-F_浮-F’_阻)

2.2)以此類推，運動頭第N次施工的結果為：

S_N-1’＝(MG-F_電-F_浮-F_阻)(S+S’+……S’_N-1)/(MG-F_電-F_浮-F’_阻)

其中，T_N-1和T_N-1’分別為活動頭第N次入泥前和入泥后所用的時間，所述N＝1，2，3……N，F_電可通過控制模塊調整輸入變頻驅動模塊的控制信號進行調節；根據施工需求，在第N-1次施工的基礎上，設定第N次施工的預期入泥深度S_N-1，根據需求S_N-1和入泥阻力F’_阻計算出所需要的動能，并通過控制模塊輸出控制信息控制驅動模塊，調節電機的牽引力F_電，可以精度控制入泥前的抓斗的功能，從而實現對第N次施工的入泥深度S_N-1的精度控制。