深水钻井船升沉补偿绞车负载模拟系统控制特性研究

该文针对深水钻井船升沉补偿绞车负载模拟系统位置控制特性进行研究,介绍了模拟实验台阀控缸位置控制系统原理和结构,采用理论分析的方法,建立了液压控制系统的数学模型和仿真模型,通过仿真分析,得到了不同负载、波浪模拟幅值、波浪模拟周期条件下系统位置控制的响应特性,验证了模拟系统原理与性能的有效性,为该波浪补偿绞车的开发奠定了基础。     

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。     

双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的仿真和实验研究

提出了一种基于双变量直驱泵控马达容积控制的绞车型升沉补偿系统。建立双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的模型试验台,介绍其测控系统的组成和控制器的设计。利用AMESim软件建立试验台的仿真模型。通过仿真和模拟试验研究,对双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的补偿效果进行分析。仿真和试验结果表明,该型补偿系统可以实现升沉补偿的功能。证明了该绞车型补偿系统的方案是可行的,但是补偿性能还有待进一步提高。     

浮式钻井平台被动升沉补偿装置设计

设计了浮式钻井平台被动式升沉补偿装置,进行了系统的受力分析,建立了AMESim仿真模型,研究了负载和蓄能器体积变化对补偿效果的影响.仿真结果表明被动式升沉补偿装置具有一定的补偿效果,但系统蓄能器体积较大,补偿存在滞后现象.采用相似原理建立了实验装置,进行了不同升沉幅值的实验研究,实验数据和仿真曲线符合较好,表明该模拟实验台设计合理,建立的仿真模型准确.     

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。     

双驳半主动升沉补偿及其在“世越”号打捞案例中仿真应用研究

针对在大吨位沉船打捞中的升沉补偿技术,提出了一种基于韩国“世越”号沉船打捞的双驳抬吊半主动升沉补偿打捞系统,模拟了双驳共66组带有半主动升沉补偿器(SAHC)系统在类似历史海况下对沉船位姿和缆绳拉力的补偿过程。建立了半主动升沉补偿液压系统、缆绳系统与沉船运动的数学模型,以及负载-缆绳-补偿系统的耦合系统,推导了驳船各吊点的升沉补偿量。通过MATLAB/Simulink仿真系统的负载特性、缆绳拉力和沉船位姿变化。证明半主动升沉补偿对削弱负载位移和减轻缆绳拉力同时有显著作用,为实际沉船打捞中应用半主动升沉补偿技术提供了理论依据和技术参考。     

船舶起重机半主动升沉补偿控制特性研究

针对大吨位波浪补偿系统响应滞后导致的位置补偿不足的问题,提出船舶起重机半主动升沉补偿系统补偿控制方法,即当系统工作于半主动升沉补偿工况时,采用多状态反馈的复合控制方法实现对负载升沉运动的高精度补偿,建立复合液压缸、活塞蓄能器、比例阀组成的补偿控制系统数学模型,并考虑速度、加速度反馈和船舶升沉速度前馈,进行仿真与实验分析,得到不同负载、运动幅值、运动周期条件下系统位置补偿控制的响应特性,验证了船舶起重机半主动升沉补偿控制方法的有效性。     

沉船提升被动型液压升沉补偿系统仿真研究

分析了沉船打捞多缸同步提升系统特点及工作原理,针对沉船打捞中驳船易受波浪影响而上下运动,设计了被动型液压升沉补偿系统,搭建了系统AMESim仿真模型。在简化系统负载模型的基础上,仿真研究了升沉补偿系统工作特性,结果表明,所设计被动式升沉补偿系统能够有效地降低波浪对沉船提升过程的影响。     

基于阀控非对称伺服缸的半主动升沉补偿研究

深海有缆水下机器人在恶劣海况下作业时,常配备相应的升沉补偿系统以提高水下机器人释放和回收作业的安全性。重点研究了基于阀控非对称伺服缸的半主动升沉补偿方式,介绍了与实际系统相似的半主动升沉补偿模型系统,并阐述了系统的功能组成和工作原理。考虑了弹性负载的影响,建立了由伺服放大器、阀控非对称缸和弹簧负载模型等构成的电液位置伺服系统的传递函数模型。在此基础上,根据阀控非对称缸的输入电压与活塞输出速度之间的非线性关系,设计了分段前馈控制器,以提高系统的动态响应性能。最后进行了半主动升沉补偿性能试验,结果证明了所研究的半主动升沉补偿方式的有效性。     

1000 hp主动钻井升沉补偿绞车的研制

概述了钻井升沉补偿绞车系统的技术现状,介绍了国内外补偿绞车的发展情况。对主动补偿绞车的特点和补偿原理进行了介绍,研制了一种交流变频电驱动的1000 hp主动钻井升沉补偿绞车,适用于4000 m勘察船。对补偿绞车的补偿原理、设计计算、联合仿真进行了技术分析。补偿绞车的厂内试验表明,补偿绞车的补偿速度、补偿精度达到设计要求,对海洋补偿绞车的发展起到重要指导作用。     

游车大钩升沉补偿装置关键技术设计研究

游车大钩升沉补偿装置是浮式钻井平台应用较广泛的设备之一。为了研究新型游车大钩升沉补偿装置的补偿效果,分析了游车大钩升沉补偿装置的工作原理,建立了数学模型。基于AMESim软件建立了仿真模型,分析了两种升沉补偿装置的补偿效果。仿真结果表明,新型游车大钩的升沉补偿装置有良好的补偿效果。     

新型半主动倍增程式升沉补偿装置设计与仿真分析

结合半主动式升沉补偿装置的补偿原理,设计了带有双驱动齿轮-双齿面直齿条机构的倍增程式机械驱动游车大钩升沉补偿系统,并对其工作原理和补偿过程进行了分析,再结合AMESim仿真软件建立起了升沉补偿液压缸、大钩载荷、气液蓄能器和驱动齿轮-直齿条等系统组件的倍增程式补偿数学模型。仿真结果表明：新型升沉补偿系统的整体补偿效率可达到95.6%,补偿效果较好,系统能耗曲线因补偿电机的持续运转呈现连续上升趋势。补偿系统中随驱动齿轮半径增加,大钩升沉位移逐渐减小使补偿效果提高,而对系统能耗影响较小;随比例系数增加,大钩升沉位移和系统能耗曲线呈现先增加后趋于缓慢的趋势;随平台升沉周期增加,补偿效果变好,系统能耗降低;随大钩载荷增加,系统能耗呈线性增加。     

基于AMESim的钻柱补偿装置仿真及控制方法研究

以提高现有钻柱补偿装置的补偿性能为目的,研究钻柱动力学模型,在AMESim软件平台上搭建钻柱补偿装置系统模型,开展对钻井深度、海况、气瓶组容积、伺服阀前蓄能器4个补偿性能影响关键因子的研究。分析位置反馈、速度反馈和加速度反馈3种反馈型PID控制方法的特点,并对波浪预测和波浪跟随控制方法进行研究。仿真分析表明：主被动联合补偿可有效降低钻压波动,加入升沉预测的位置反馈控制方法对于提高补偿性能有明显的效果。研究结果可对钻柱补偿装置的设计和控制优化提供一定的指导意义。     

浮式钻井平台天车升沉补偿系统联合仿真研究

天车升沉补偿系统在浮式海洋钻井平台得到了广泛应用。为分析天车升沉补偿系统不同工作方式下的补偿效果,对其主要系统参数进行设计。利用AMESim仿真平台和ADMAS软件搭建了联合仿真模型,完成被动补偿方式及3种不同反馈信号（位移、速度和加速度）下半主动补偿方式的补偿效果仿真实验,以及气液转换器与被动补偿缸之间管线长度对补偿效果的影响分析。仿真结果表明：半主动补偿方式下速度反馈补偿效果最佳,加速度反馈稍差,位移反馈最次,但都远高于被动补偿方式;气液转换器与被动补偿缸之间管线越短补偿效果越高。     

深海采矿装置的自动升沉补偿系统的模拟研究

分析了深海采矿装置的自动升沉补偿系统的重要性和研究现状。提出了一种主动型升沉补偿系统,解决了深海采矿装置升沉运动信号采集的关键难题。根据相似原理建立了主动型升沉补偿系统的模拟试验系统并研究了其控制策略。试验结果表明,所提出的主动型升沉补偿系统是可行的,具有较高的补偿精度。直接为我国开发海洋矿产资源的战略提供服务。     

电驱动海洋绞车主动升沉补偿自抗扰控制系统

针对电驱动海洋绞车主动升沉补偿系统非线性时变的特点,提出了基于自抗扰控制（ADRC）的电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统。首先对电驱动海洋绞车系统进行动力学分析,然后建立电驱动海洋绞车数学模型,进而建立主动升沉补偿自抗扰控制系统的仿真模型,并进行仿真分析。在不同海况、不同下放深度、不同缆绳直径和不同重物质量等情况下对该系统进行仿真,并与PID控制器进行比较,结果表明：当海况和电驱动海洋绞车控制系统模型参数发生变化时,控制器参数保持不变的情况下,自抗扰控制器仍然能保持良好的动态性能,比PID控制器具有更快的响应速度、更强的鲁棒性和抗干扰能力。