[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

技術領域

本發明涉及動能和動量控制系統及其控制方法，尤其是指一種工程船的運動和動量控制系統及其控制方法，屬于船舶建設技術領域。?

背景技術

在現在工程船中，如抓斗式泥船或打樁船，在進行挖泥或打樁的施工過程中，都是依靠高空物體自身的動能和動量來進行作業。由于該方式是簡單且機械式地重復將動力物體提至最高的高度，并在重力的作用下自由落體進行施工。在每次挖沙或打樁前，不能較準確地確定挖沙或打樁的深度，并且無法通過計算后來進行精確性的施工控制，使得無法對任務完成所需的工作時間進行分析、預估和確定。由于施工控制的隨意性和不準確性，導致無法以盡量少時間和能源消耗來完成所需的施工量，特別在有海線光纜的特殊區域還可能會造成損壞地下設備的情況，從而造成能源浪費、利用率低，施工成本高。?

因此，提供一種工程船的運動和動量控制系統及其控制方法，且可以滿足系統熱量需求，也可以有效提高船舶電網的穩定性和能源的使用效率，有利于提高船舶的總體綜合性能。?

發明內容

本發明的目的，是為了解決現有工程船施工作業存在無法通過控制動能和動量來準確完成任務，造成能源浪費、施工成本高的問題，提供一種穩定、可控的動能和動量控制系統及其控制方法，可提高施工的精度，實現預期施工目標，具有提高能源利用率、降低成本的特點。?

本發明的目的可以通過以下技術方案達到：?

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。?

進一步地，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。?

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，通過變頻驅動模塊的獲取電機數據，測定施工區域的參數；?

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。?

作為一種優選方案，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：?