基于滑模预测控制的海底采矿车轨迹跟踪算法

海底采矿车多工作于稀软底质,其面临的外部扰动较大,难以快速收敛跟踪误差,精准地跟踪预设轨迹。为此,本文提出了一种海底采矿车的滑模预测控制（sliding model predictive control,SMPC）轨迹跟踪算法。基于海底采矿车的运动学模型,首先设计滑模控制率实现轨迹跟踪误差快速收敛,其次利用少预测时域的线性时变模型预测控制算法（linear time varying model predictive control,LTV-MPC）优化该滑模控制率。而后,通过证明滑模控制率收敛和模型预测控制稳定,保证了闭环控制系统的稳定性。RecurDyn&Simulink联合仿真结果表明,与单一的滑模控制（sliding mode control,SMC）和线性时变模型预测控制算法相比,所提出的SMPC轨迹跟踪算法提高了轨迹跟踪精度,且算法具有较好的实时性。     

深海多金属结核集矿机铝合金履齿结构设计与分析

集矿机是深海多金属结核采矿系统中的重要装备和核心技术单元。由于多金属结核矿区表层稀软底质具有抗剪性能差、承载能力弱等特性,并且深海作业环境差、腐蚀性极强,集矿机的履齿设计显得尤为重要。履齿结构采用铝合金铸造具有更轻的重量、更高的强度、更好的耐腐蚀性、更利于拆装维护等优点。针对履齿进行了选材和结构设计,并对其强度进行了有限元分析,其结果表明:应力及变形均符合各工况下的作业要求。     

深海采矿车行走履带淹没水射流减粘脱附研究

深海多金属结核采矿车作业时行走履带板齿间粘附的底质会影响行驶性能,因此利用淹没水射流减粘脱附。针对采矿车行走履带板齿间粘附底质的成因,利用采矿车牵引力模型分析了牵引力与履齿有效高度的关系,通过土体临界破坏力理论和淹没水射流理论,导出了无量纲冲坑半径与深度方程。结果表明:行走履带与底质相互作用致使履带板、齿间粘附一定底质,牵引力随履齿剪切未扰动底质的有效深度减少而减小,推荐履齿高度在100～150mm之间;无量纲冲坑深度随半径先缓慢增加后快速增加,与水射流参数、靶距、底质临界破坏力有关,水射流参数为1r/b_p2,0.4h/l3时,减粘效果较好。此研究对深海多金属结核采矿车减粘脱附系统设计有重要参考价值。     

海底沉积物贯入阻力原位测试方法研究

介绍一种新的海底原位测试原理,对该测试原理进行简单的理论分析。将测量沉积物贯入阻力强度转变为测量封闭油缸中油液压力的变化量。在转变过程中,沉积物贯入阻力经过一定的放大后以油液压力的变化量形式输出。该油液压力的变化量输入传感器,并经传感器输出。处理传感器的输出数据,从而获得深海底沉积物的贯入阻力原始数据值。     

一种大型试验水池用40 t拖曳浮箱

针对水下大型设备的重量及结构,根据试验水池和月池的尺寸,设计一种结构简单、性能可靠、成本低廉的拖曳式浮箱,作为水下大型设备机作业时的辅助起吊以及出现故障、动力突然切断等特殊情况时的应急措施。该浮箱采用全焊接结构,包括承重架、浮力外壳和起吊梁,其中承重架为框架结构,浮力外壳为钢板,起吊梁为工字梁。运用COSMOS有限元软件对浮箱和工字梁进行了强度和刚度验证,并成功地进行了水下大型设备的起吊试验,测算出该设备的水下重量。     

深海岩芯取样钻机光电复合缆收放控制

深海钻机收放过程中,为了得到光电复合缆的合理下放长度,以"大洋一号"科学考察船的万米光电复合缆为研究对象,对收放过程中钻机与光电复合缆相互作用的力学行为进行分析研究,建立光电复合缆的悬链线数学模型。利用Maple软件和Matlab软件进行分析与计算,得到了不同定位半径下光电复合缆的放缆长度及其轴向应力的水平分量。结果表明:建立光电复合缆的悬链线方程得到缆绳长度可为深海钻机的缆绳收放控制提供参考。     

基于螺旋截齿切削技术的深海富钴结壳切削参数计算与试验研究

对海底富钴结壳底质特性进行了研究,提出适合于富 钴结壳矿体资源的切削破碎方法,基于灰铸铁切削经验公 式,采用等值换算法,构建了深海富钴结壳切削破碎技术参 数计算模型,获得切削力与功率的经验计算公式;基于富钴 结壳矿床特性,研制了富钴结壳模拟底质和地形,开展了实验室 模拟结壳切削试验。试验结果表明,切削深度为2.5cm 时,试 验获得的单齿切削力为1360N,与理论经验计算值1317N 接 近;另外,试验消耗功率8.55kW 和理论经验计算值8.12kW 也 较为接近,验证了该理论经验公式计算方法的合理性和可行性, 为后续深海富钴结壳资源开采技术研究打下了基础。     

十字板优化轴试验研究

文章设计了十字板剪切仪的静态标定方案,按深海底沉积物剪切强度力学特性分层配制试验样品,并在室内分别采用便携式剪力仪对样品进行手剪和十字板剪切仪采用优化杆和原杆对样品进行原位测量,试验结果说明试验室十字板剪切仪原位测量剪切强度值接近且均小于便携式剪力仪剪切强度测量值、采用优化杆原位剪切强度测量的精度优于采用原杆原位剪切强度测量精度。