基于联合仿真技术的深海采矿升沉补偿装置控制系统的研究

该文联合虚拟样机技术和控制系统仿真技术对深海采矿升沉补偿系统进行了设计研究,建立了基于液压动力源的升沉补偿系统采矿船多刚体机械动力学模型,并针对该模型设计了模糊自整定PID控制器。联合仿真研究结果表明,模糊自整定PID控制策略能很好地对升沉补偿装置进行有效的位移补偿控制,补偿率可达到40%~45%,从而提高了深海采矿系统的稳定性。     

深海采矿升沉补偿系统非线性仿真模型的建立和试验

利用Simulink软件和功率键合图建立了深海采矿主动型升沉补偿系统的仿真模型，该系统保留了非线性因素、无需编程、具有图形化的用户界面、物理意义强、仿真参数的修改和仿真结果的观察处理方便等优点。升沉补偿模拟系统的仿真结果和试验结果具有较高的一致性，表明该系统的非线性仿真模型是准确的。它为升沉补偿系统动静态特性的全面研究提供了一种新手段。     

深海采矿升沉补偿模拟试验方案研究

深海采矿中采矿船的纵摇、横摇和升沉运动对采矿系统非常不利,是深海采矿技术中的一个重要研究内容.深海采矿系统结构庞大,无法直接在实验室中进行实验研究,参考国外相关技术,提出对采矿船纵摇、横摇和升沉运动进行补偿的实际方案,并根据相似原理,推导出符合本系统的相似准则,从而将实际系统的边界条件,缩放到实验室环境.仿照实际系统,设计了试验系统.在试验系统中,可以进行纵摇、横摇补偿特性、升沉补偿特性、水动力特性以及各功能实现的结构方法的研究,为实际系统的实现提供参考依据.     

深海采矿扬矿管重载被动型升沉补偿系统的研究

提出了一种采用蓄能器适用于深海采矿扬矿管升沉补偿的重载被动型升沉补偿系统,并进行了参数设计和仿真。系统具有负载大、功率消耗小的优点,仿真结果表明它能显著减小扬矿管升沉的加速度和位移。     

基于最优控制理论的深海采矿扬矿管纵向振动控制研究

针对深海采矿系统中扬矿管的纵向振动问题,运用线性二次型最优控制理论的主动控制方法进行研究. 建立海洋环境下扬矿管的纵向运动方程,推导得到LQG(linear quadratic gauss)最优控制状态方程,并应用MATLAB编制模拟分析程序,仿真计算泵与中间舱的纵向振动时间历程和升沉补偿装置所需提供的控制力.结果表明,升沉补偿装置能有效实现扬矿管的纵向振动抑制,减少幅度高达75%,所需控制力符合1 000 m海试采矿系统方案的设计要求.     

扬矿管与升沉平台联接装置外框架的有限元分析

扬矿管与升沉平台的联接装置是深海采矿系统的重要组成部分。扬矿管上端悬挂在海面采矿船的升沉平台上,下端通过中间仓、软管连接到海底集矿机。由于采矿船的纵摇、横摇、拖航和集矿机行走运动的影响,以及波浪、海流的作用,扬矿管不会处于垂直位置,下端将产生较大偏移。为避免扬矿管上端承受很大的弯曲应力和变形而产生破损,使采矿系统能够安全地在大洋上进行采矿作业,必须设计出合理的联接装置,能够随扬矿管作纵、横摇运动。介绍了深海采矿系统扬矿管与升沉平台联接装置的设计方案;利用通用有限元分析软件ANSYS建立了深海采矿系统扬矿管与升沉平台联接装置外框架结构的有限元模型,并对其进行了应力、变形及模态的分析计算,得到了其在最恶劣工况下的应力、位移云图及其低阶模态的固有频率和振型。     

一种复合型深水安装升沉补偿系统的设计

为消除作业船舶的升沉运动对深水下放安装的影响,在综合主动型和被动型升沉补偿系统优点的基础上,该文提出一种复合型升沉补偿系统,并阐述了补偿系统的工作原理和补偿机制。为了降低系统的能耗,采用二次调节技术,实现能量的回收和再利用,降低了系统的装机功率。     

深海作业装置主动型升沉补偿系统控制器的研究

提出了一种适合于主动型升沉补偿系统的复合控制器的设计方案,并分别完成了复合控制器中的位移反馈控制器、速度反馈控制器和扰动补偿控制器的设计.模拟试验系统的试验和仿真的结果证明了所设计的复合控制器是有效的.     

海洋采矿起伏补偿电液控制信号采集的研究

用零波面、浮力等理论，提出新型参照物组件的电液自动控制结构，解决深海采矿起伏补偿电液控制信号采集的关键难题，为沉海采矿作业升沉自动补偿技术提供一种有效可靠手段。     

基于xPC Target的深海采矿升沉补偿控制系统的研究

针对深海多金属锰结核的开采,以水力流体提升式采矿系统中的扬矿管的升沉补偿为研究对象,提出了一种基于SIMULINK中xPC Target模块环境下的实时在线控制系统,开发过程简单易行,支持在线参数修改,实现了在线实时控制功能,工作稳定,精度高。     

半主动升沉补偿系统的非线性建模与仿真

为验证液压缸非线性力对半主动升沉补偿系统的影响,设计了一种半主动升沉补偿系统的非线性模型,并提出了提高系统补偿效率的方法。首先建立液压缸受到的非线性摩擦力和非线性弹簧力的仿真模型,然后将非线性力的影响加入到被动和半主动升沉补偿仿真模型中,最后提出了增大液压缸和蓄能器之间的油管直径的方法以提高半主动升沉系统补偿效率。仿真结果表明:在峰值为6 m,周期为10 s的规则正弦波浪作为船舶升沉位移输入时,非线性摩擦力会使被动和半主动升沉补偿系统的补偿效率降低,而非线性弹簧力对系统的影响较小,可以忽略不计。提出的方法能有效提高半主动升沉补偿系统补偿效率。     

沉船同步提升升沉补偿试验平台设计及联合仿真

以“畅通轮”尾端打捞为例,提出了沉船同步提升液压升沉补偿试验平台的结构,搭建了模拟沉船同步提升升沉补偿试验平台;针对其中的二自由度升沉补偿平台,对其进行了运动学反解,搭建了基于运动学控制的Simulink模型;结合阀控缸伺服控制系统实现了二自由度平台对波浪运动的模拟,并搭建了整个运动控制及升沉补偿控制系统的模型;通过ADAMS与MATLAB的联合仿真,验证了该二自由度平台升沉补偿控制系统的运动控制能力和动态响应能力,并对比补偿前后的升沉平台位移,证明了该系统良好的补偿特性。     

基于行星传动调速的波浪补偿系统设计与样机研制

提出了一种基于差动行星传动调速的主动式波浪补偿系统。阐述了新型主动式波浪补偿系统的工作原理,建立了波浪补偿系统数学模型,推导了波浪补偿变量传递关系。研究了基于前馈补偿-反馈校正的波浪补偿复合控制策略,完成了波浪补偿系统的行星传动调速器、控制系统电液伺服驱动系统、船舶姿态检测系统的设计。设计了原型样机试验方案并建立了模拟试验平台,通过波浪补偿试验,证明提出的行星传动调速波浪补偿系统能够基本满足复杂海况条件下吊装作业的要求。     

海上作业起重机主动升沉补偿系统的设计与分析

为补偿船用起重机在海上作业时的升沉运动,构造了基于二次调节静液传动技术的绞车液压驱动系统。首先,建立了升沉补偿系统的完整数学模型,提出了包含二次单元变量油缸位置环、二次单元马达速度环及二次单元马达位置环的三闭环控制结构。然后,给出了三闭环控制器的设计方法,为了得到起重机货物的位移,利用钢丝绳张力设计了状态观测器。最后,给出了一个设计实例,通过数字仿真从频域角度分析了升沉补偿系统的动态特性,为控制策略的研究打下基础。     

深海采矿悬挂机构的液压系统设计

本设计是用于解决深海采矿水下设备下放和回收的,所设计的液压缸采用复合缸的形式,既提供了下放和回收所需的力,又实现了在下放和回收过程中在重力方向上的运动补偿。     

船用起重机升沉补偿系统建模与仿真

为了减小船用起重机在海上作业时风浪对吊装的影响,介绍了一种船用起重机的升沉补偿系统,建立了系统的动力学状态空间模型。取船的升沉运动位移作为系统输入量,通过选择不同的状态变量作为反馈量,仿真分析了悬停状态下被动补偿模式和主动-被动补偿模式下载荷位移的变化,最后根据仿真结果比较分析了两种补偿模式下的动态性能,确定了以串级控制方式作为主动-被动补偿模式的控制策略。     

升沉补偿系统多目标构型优化

升沉补偿系统是海洋作业的重要保障装备,影响着海洋作业的稳定性和安全性。随着多样性任务需求的增加,结构多样、适用于不同量级的升沉补偿系统从工厂走向市场,补偿效率不再是评价升沉补偿系统好坏的唯一标准。在对升沉补偿系统工作原理分析的基础上,确定了优化的对象为补偿装置构型、液压泵数量和蓄能器数量,并获得了基本解集。在多目标优化阶段,以可靠性、成本和补偿效率为目标函数,通过非支配排序获得Pareto优化解集,最后通过层次分析法对Pareto优化解集中的每个构型进行打分,获得最优构型。     

船用起重机主动升沉补偿系统时延的实时控制研究

针对基于液压驱动的主动升沉补偿系统在工作过程中所存在的非线性以及系统时滞等使系统稳定控制难度加大的问题,进行了基于广义预测控制的控制系统算法的设计;在系统控制稳定的基础上,引入极短期预报技术,解决了控制系统实时补偿输出总是滞后于起重母船升沉运动的问题,实现了主动升沉补偿系统对实时补偿功能的要求;最后在MATLAB/Simulink软件平台上,对采取广义预测控制+极短期预报相结合的主动升沉补偿系统时延实时控制方案进行了仿真试验,验证了该控制算法的有效性,为今后产品样机的研发提供理论依据。     

半主动式补偿绞车的液压试验系统

为了检验半主动式补偿绞车的控制性能与节能效果,根据相似理论研制了补偿绞车原理样机及其液压试验系统,主要包括升沉模拟液压系统、负载模拟液压系统、1∶5缩尺的补偿绞车原理样机,分别实现了造波、加载、升沉补偿与自动送钻等试验功能。开发了电控系统,升沉补偿采用大钩位移闭环,自动送钻采用负载压力闭环,电机采用带速度反馈的矢量控制模式。最后通过试验模拟了补偿绞车原理样机的升沉补偿过程、自动送钻过程以及二者的联动过程,测试了补偿绞车的控制性能及液压蓄能节能效果。试验结果表明:补偿绞车的控制效果良好,半主动补偿方式相对于主动补偿方式有明显的节能效果。