(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210667767.4 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 李铭志　何炎平　李夏　刘亚东　 黄超　赵永生　冯永军　谷孝利　 童荣彬　张树阳　 (74)专利代理 机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 3123 6 专利代理师 胡晶 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) E02F 5/28(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于优化算法的挖泥船优化控制方法及系 统 (57)摘要 本发明提供了一种基于优化算法的挖泥船 优化控制方法及系统， 包括： 步骤1： 录入工况参 数， 包括泥泵清水特性、 泥泵驱动特性、 土质特 性、 挖深、 和排高， 采用流量和浓度传感器感知泥 沙输送系统的运行参数； 步骤2： 建立泥沙输送系 统特性修正算法， 根据土质和浆体特性， 对泥泵 特性进行修正， 并计算泥管阻力特性； 步骤3： 建 立以上述确定的施工参数为输入 条件， 以输送系 统特性为边界条件， 以最小能耗为目标函数的双 重优化算法， 计算获取最佳泥泵投入 数量和各泥 泵转速； 步骤4： 通过控制驱动各泵的驱动设备， 实现对各泥泵在各特定工况下的优化控制。 本发 明解决了挖泥船在能力富余的工况条件下低效 率高能耗的问题。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 114880878 A 2022.08.09 CN 114880878 A 1.一种基于优化 算法的挖泥船优化控制方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1： 录入工况参数， 包括泥泵清水特性、 泥泵驱动特性、 土质特性、 挖深、 和排高， 采 用流量和浓度传感器感知泥沙 输送系统的运行参数； 步骤2： 建立泥沙输送系统特性修正算法， 根据土质和浆体特性， 对泥泵特性进行修正， 并计算泥管阻力特性； 步骤3： 建立以上述确定的施工参数为输入条件， 以输送系统特性为边界条件， 以最小 能耗为目标函数的双重优化 算法， 计算获取最佳泥 泵投入数量和各泥 泵转速； 步骤4： 通过控制驱动各泵的驱动设备， 实现对各泥 泵在各特定工况下的优化控制。 2.根据权利要求1所述的基于优化算法的挖泥船优化控制方法， 其特征在于， 泥泵特性 修正算式为： Hm＝H·Sm·(1‑2.705Sm(S‑1)0.64(d50/Dp)0.313) 式中： Hm为浆体扬程； H为清水扬程； Sm为浆体与水密度比； S为颗粒与水密度比； d50为中 值粒径； Dp为泥泵叶轮直径； 泥管阻力计算公式为： 式中： iHo、 iSHo、 iHe、 iSB、 iFB为沿程各部件的损失； L为管路长； ζ为管路上所有部件的局部 损失系数之和； v为 浆体输送速度； g为重力加速度； α 为减阻系数。 3.根据权利要求1所述的基于优化算法的挖泥船优化控制方法， 其特征在于， 双重优化 算法包括： 第一重， 根据传感器监测到的流量Q和浓度CV， 通过计算优化分配负荷给串联运 行的各泵， 以达 到能耗最小； 第二重， 在挖泥船工作能力范围内， 搜索能耗 最小的工作点； 优化分配负荷需满足两个边界条件： 一是泥泵驱动设备的功率、 扭矩、 转速特性， 即每 台泵在驱动设备特性、 流量Q和浓度CV条件下的最大转速； 二是各泥泵的汽蚀余量， 即每台 泵的转速必须保证后续泵的实际净正吸入扬程大于等于其需要的净正吸入扬程。 4.根据权利要求3所述的基于优化算法的挖泥船优化控制方法， 其特征在于， 优化分配 负荷包括如下步骤： 1)根据泥 泵的清水 特性， 经过修正， 再插值计算 流量Q下各泥泵的效率； 2)比较流量Q下各泥泵的效率； 3)计算汽蚀决定的每台泥 泵的最小转速nmin； 4)计算驱动特性限制下每台泥 泵的最大转速nmax； 5)根据不同转速分配下的泥 泵效率和能耗确定每台泥 泵的最优转速 。 5.根据权利要求1所述的基于优化算法的挖泥船优化控制方法， 其特征在于， 最优转速 为同样流 量同样浓度同样产量前提下能耗 最小的各泵转速， 实现步骤 包括： 1)按照流 量Q和浓度CV条件下计算所 得各泵的效率高低进行排序； 2)计算按照所有 泵都最大转速产生的排压和系统排压之差； 3)在不低于后 续泵汽蚀限制所需最低转速的前提下， 优先降低效率最低泵的转速或者 提升效率最高泵的转速， 直至泵总排压和系统阻力相等， 输送系统达到平衡状态， 此时的各 泵转速即为 最优转速； 如果系统中尺寸最小、 型号相同的泵不至一台， 即效率最低泵的数量大于1， 在降速控权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114880878 A 2制中， 相同型号泵需要同时同幅度调节， 使得它 们始终保持相同速度； 如果系统中尺寸最大、 型号相同的泵不至一台， 即效率最高泵的数量大于1， 在提速控 制中， 相同型号泵需要同时同幅度调节， 使得它 们始终保持相同速度； 如果系统中的所有n个泵都是相同型号的， 则保持各泵转速相同， 均衡负荷； 如果系统 排压小于额定排压(n ‑1)/n， 在判断不影响系统汽蚀性能的前提下， 解列其中一台泥 泵。 6.一种基于优化 算法的挖泥船优化控制系统， 其特 征在于， 包括： 模块M1： 录入工况参数， 包括泥泵清水特性、 泥泵驱动特性、 土质特性、 挖深、 和排高， 采 用流量和浓度传感器感知泥沙 输送系统的运行参数； 模块M2： 建立泥沙输送系统特性修正算法， 根据土质和浆体特性， 对泥泵特性进行修 正， 并计算泥管阻力特性； 模块M3： 建立以上述确定的施工参数为输入条件， 以输送系统特性为边界条件， 以最小 能耗为目标函数的双重优化 算法， 计算获取最佳泥 泵投入数量和各泥 泵转速； 模块M4： 通过控制驱动各泵的驱动设备， 实现对各泥 泵在各特定工况下的优化控制。 7.根据权利要求6所述的基于优化算法的挖泥船优化控制系统， 其特征在于， 泥泵特性 修正算式为： Hm＝H·Sm·(1‑2.705Sm(S‑1)0.64(d50/Dp)0.313) 式中： Hm为浆体扬程； H为清水扬程； Sm为浆体与水密度比； S为颗粒与水密度比； d50为中 值粒径； Dp为泥泵叶轮直径； 泥管阻力计算公式为： 式中： iHo、 iSHo、 iHe、 iSB、 iFB为沿程各部件的损失； L为管路长； ζ为管路上所有部件的局部 损失系数之和； v为 浆体输送速度； g为重力加速度； α 为减阻系数。 8.根据权利要求6所述的基于优化算法的挖泥船优化控制系统， 其特征在于， 双重优化 算法包括： 第一重， 根据传感器监测到的流量Q和浓度CV， 通过计算优化分配负荷给串联运 行的各泵， 以达 到能耗最小； 第二重， 在挖泥船工作能力范围内， 搜索能耗 最小的工作点； 优化分配负荷需满足两个边界条件： 一是泥泵驱动设备的功率、 扭矩、 转速特性， 即每 台泵在驱动设备特性、 流量Q和浓度CV条件下的最大转速； 二是各泥泵的汽蚀余量， 即每台 泵的转速必须保证后续泵的实际净正吸入扬程大于等于其需要的净正吸入扬程。 9.根据权利要求8所述的基于优化算法的挖泥船优化控制系统， 其特征在于， 优化分配 负荷包括如下模块： 1)根据泥 泵的清水 特性， 经过修正， 再插值计算 流量Q下各泥泵的效率； 2)比较流量Q下各泥泵的效率； 3)计算汽蚀决定的每台泥 泵的最小转速nmin； 4)计算驱动特性限制下每台泥 泵的最大转速nmax； 5)根据不同转速分配下的泥 泵效率和能耗确定每台泥 泵的最优转速 。 10.根据权利要求6所述的基于优化算法的挖泥船优化控制系统， 其特征在于， 最优转 速为同样流 量同样浓度同样产量前提下能耗 最小的各泵转速， 包括如下模块： 1)按照流 量Q和浓度CV条件下计算所 得各泵的效率高低进行排序；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114880878 A 3