[发明专利]一种工程船的动能和动量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及动能和动量控制系统及其控制方法，尤其是指一种工程船的运动和动量控制系统及其控制方法，属于船舶建设技术领域。 

背景技术

在现在工程船中，如抓斗式泥船或打桩船，在进行挖泥或打桩的施工过程中，都是依靠高空物体自身的动能和动量来进行作业。由于该方式是简单且机械式地重复将动力物体提至最高的高度，并在重力的作用下自由落体进行施工。在每次挖沙或打桩前，不能较准确地确定挖沙或打桩的深度，并且无法通过计算后来进行精确性的施工控制，使得无法对任务完成所需的工作时间进行分析、预估和确定。由于施工控制的随意性和不准确性，导致无法以尽量少时间和能源消耗来完成所需的施工量，特别在有海线光缆的特殊区域还可能会造成损坏地下设备的情况，从而造成能源浪费、利用率低，施工成本高。 

因此，提供一种工程船的运动和动量控制系统及其控制方法，且可以满足系统热量需求，也可以有效提高船舶电网的稳定性和能源的使用效率，有利于提高船舶的总体综合性能。 

发明内容

本发明的目的，是为了解决现有工程船施工作业存在无法通过控制动能和动量来准确完成任务，造成能源浪费、施工成本高的问题，提供一种稳定、可控的动能和动量控制系统及其控制方法，可提高施工的精度，实现预期施工目标，具有提高能源利用率、降低成本的特点。 

本发明的目的可以通过以下技术方案达到： 

一种工程船的动能和动量控制系统，其特征在于：包括设置于工程船上的牵引组件、运动头、变频驱动模块和控制模块，所述牵引组件的动力输入端与变频驱动模块的输出端相连接，其动力输出端与运动头的上端相连接，所述变频驱动模块的控制输入端连接到控制模块的控制输出端。 

进一步地，所述牵引组件包括滑轮组件、刚丝绳、电机和套接并固定于电机输出轴上的卷引轮，刚丝绳的一端通过滑接于滑轮组件与运动头的上端相连接，另一端与卷引轮固定连接。 

一种工程船的动能和动量控制方法，其特征在于：包括以下步骤： 

1)确定施工区域的数据 

在施工区域，控制系统进行一个周期的施工，通过变频驱动模块的获取电机数据，测定施工区域的参数； 

2)准确控制施工 

2.1)根据步骤1)测得的参数，对运动头的施工深度和时间进行计算和确定，并调整输入变频驱动模块的控制信号，控制施工的动能和动量，实现第二个施工周期的准确控制； 

2.2)以此类推，在第N-1个施工周期的参数的基础上，对运动头的施工深度和时间进行计算和确定，并调整输入变频驱动模块的控制信号，控制施工的动能和动量，实现第N个施工周期的准确控制，所述N＝1，2，3……N。 

作为一种优选方案，所述步骤1)的具体步骤如下： 

1.1)在运动头第一次施工的周期中，运动头处于入泥前的阶段时，根据力学原理，得结果： 

F＝MG-F_电-F_浮-F_阻            (1) 

其中，MG为运动头的重力，F_浮＝ρgV_排，ρ为液体密度，V_排为活动头排开的液体的体积，F_电通过控制模块从变频驱动模块获取； 

而运动头在加速过程中，动量计算式为： 

FT＝MV               (2) 

其中，F为运动头的合力，T为活动头入泥前所用的时间，可通过控制模块从变频驱动模块获取；MG为活动头的重力，V为活动头下降到相应位置时的速 度；通过式(1)和(2)可得到F_阻； 

1.2)运动头在入泥减速阶段，根据力学原理，得结果： 

F’＝MG-F_电-F_浮-F’_阻         (3) 

其中，F’为运动头的合力，MG为活动头的重力，F_浮＝ρgV_排，ρ为液体密度，V_排为活动头排开的液体的体积，F_电通过控制模块从变频驱动模块获取； 

而运动头在加速阶段和入泥减速阶段中，可得： 

FS＝0.5MV²            (4) 

F’S’＝0.5MV²                (5) 

由式(2)、(4)和(5)，得到：