绞吸疏浚船泥砂管道输送流速稳定控制研究

魏 义,魏长赟,袁 斌

(河海大学 1.机电工程学院;2.疏浚技术教育部工程研究中心,江苏 常州 213022)

疏浚工程主要采用绞吸疏浚船及其他设备开挖水下土石方工程,用于河湖治理、航道维护、岛礁吹填等[1,2]。绞吸疏浚船在作业时,需要通过长距离的输送管道,将绞刀挖掘的高浓度砂水混合物输送至远距离抛泥点[3]。管道泥浆输送是疏浚作业中的关键环节。泥浆输送过程中,由于排泥管道长、混合物质量大,且泥浆体积分数具有时变性,若砂水混合物流速过高,会加剧管道磨损,导致堵管等故障;若流速过低,则直接导致疏浚效率降低[4]。为避免上述故障,混合物在管道中需要维持一定的临界流速[5]。

国内学者关于管道输送特性的研究中,闭治跃[6]针对管道输送流速对象建模,提出一种单神经网元自适应预估控制。姜丽莉[7]发明一种以圆柱形为主体的管道流速控制结构,用来辅助主阀门对管道流速的控制。Priyanka等[8]针对管道内流量的自动调节,提出一种基于可编程序控制器(Programmable logic controller,PLC)的模糊比例积分微分(Proportion integration differentiation,PID)控制器。Razvarz等[9]提出了采用PID控制算法对管道流量进行控制,并验证了其有效性。其中,闭治跃[6]基本实现了管道泥浆流速的控制,但控制效果一般,其余学者研究的被控对象相对简单。疏浚管道输送是一种大惯性、大时滞和时变的被控对象,为实现稳定控制目的,对控制器的自适应能力提出较高的要求。本文通过阶跃响应实验和稳定流速实验,采用最小二次型PI与模糊PI控制方法,对管道流速阶跃响应和稳定流速控制进行研究,保证管道泥浆维持一定临界流速,提高管道泥浆传输过程的稳定性和安全性。……