[发明专利]一种水流作用下的沉管平移控制优化方法

说明书

本发明公开了一种水流作用下的沉管平移控制优化方法，该方法包含如下步骤：S1，分别从速度、阻力、拖轮拉力、拖力合力及拖力合力矩对水流作用下的沉管平移进行数学描述；S2，通过对拖轮合力、拖轮合力矩的分析建立沉管平移控制模型；S3，基于PSO算法对沉管平移控制模型进行优化得出各拖轮拖力大小、拖力角度。本发明建立沉管平移控制模型，并通过PSO算法对控制模型进行优化，得出最优的拖轮拖力大小、拖力角度。

技术领域

本发明涉及拖航控制方法，特别涉及一种水流作用下的沉管平移控制优化方法。

背景技术

由于工期短、隧道延长短、地质条件制约小、现场施工期短等优点，沉管隧道逐渐成为水下大型隧道工程的首选施工方法。而沉管浮运是沉管隧道施工过程中较为复杂、极具挑战性的一道关键工序。一般情况下，沉管自身没有航行的动力，需要一定数量的拖船协助才能航行。

直航(包括前进、后退)、横移(包括左横移、右横移)是沉管浮运的典型工况，本文将它们统称为平移。在水流作用下，受沉管自身的尺度、受力特性以及拖航动力等因素的影响，沉管平移运动中的浮运控制具有一定的复杂性。而沉管法往往应用于航运密度较大、航运要求较高的水域，浮运工作有航道宽度、时间窗口等限制。因此需要对水流作用下的沉管平移控制进行研究。

目前已有不少技术体现在在拖轮拖带、沉管浮运这两个方面，但针对沉管浮运过程中的拖轮控制与优化的技术还较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种水流作用下的沉管平移控制优化方法，建立沉管平移控制模型，并通过PSO算法对控制模型进行优化，得出最优的拖轮拖力大小、拖力角度。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种水流作用下的沉管平移控制优化方法，其特点是，该方法包含如下步骤：

S1，分别从速度、阻力、拖轮拉力、拖力合力及拖力合力矩对水流作用下的沉管平移进行数学描述；

S2，通过对拖轮合力、拖轮合力矩的分析建立沉管平移控制模型；

S3，基于PSO算法对沉管平移控制模型进行优化得出各拖轮拖力大小、拖力角度。

所述的S1具体包含如下步骤：

S1.1，对沉管平移的速度进行数学描述：令水流速度为V0，沉管平移速度为V1，沉管相对于水的平移速度为V，V0、V1、V与x轴正方向的夹角为分别为θ0、θ1、θ，V在x轴、y轴方向的分量Vx、Vy分别为：

Vx＝V1cosθ1+(-V0)cosθ0＝V1cosθ1-V0cosθ0