近年来,随着经济的快速发展和疏浚作业工程项目大量增加,我国已成为世界疏浚中心。其中,耙吸挖泥船在大规模陆域形成工程及临海工业园区的建设中发挥着越来越关键的作用。耙吸挖泥船正朝着大型化、自动化、高效化的方向发展,其造价昂贵、控制复杂。安全作业是耙吸式挖泥船施工的前提,高效疏浚是其施工追求的目标。因此,开展耙吸挖泥船疏浚机理研究,探讨优化疏浚工况的方式方法,对提高挖泥船疏浚作业效率和市场竞争力具有重大意义。本文在中国交通建设集团疏浚技术重点实验室开放基金课题“耙吸挖泥船预测控制与性能评估”的支持下,提出了一种基于模型的预测控制对耙吸挖泥船整个疏浚过程进行优化的控制策略。耙吸挖泥船挖掘工况系统的优化需要一种将挖掘过程、沉积过程以及制约因素考虑在内的整体解决方法,本文主要贡献如下:首先,本文对耙头挖掘过程和泥舱沉积过程进行了机理分析与数学建模,并使用从实船获得的实测数据对这些模型进行了验证。验证结果反应了很好的精准度,可用于预测控制。优化疏浚性能的一个重要因素就是降低溢流损失。本文提供了一种利用数学模型和实测数据估算沙床高度和溢流损失的方法,为指导施工、提高挖泥船效率提供了有效的理论基础,对我国耙吸挖泥船高效化研究具有积极的意义。其次,本文通过一种最优化的控制策略来优化疏浚过程。控制方法为基于模型的预测控制,即针对不同土质条件和不同疏浚装备工况条件的变化,通过改变控制量大小寻找使船舶效率最大化的控制策略。分析结果表明,疏浚长江口细沙时,单位时间产量提高1.7%到14.6%,平均提高8.4%。此外,本文还提出了一种基于挖泥船实测数据对疏浚性能进行评估的方法。系统通过性能评估指标,根据产量和时间效率对疏浚性能进行连续评估并采取必要的控制策略,实现疏浚过程和生产效率的自动优化,为疏浚操作人员提供与疏浚工况相适应的优化疏浚参数,达到疏浚产量最优化,提高挖泥船的性能和效率。