深海开采系统升沉补偿装置虚拟样机实践技术

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1、·22·《机床与液压》2004.No.5＊深海开采系统升沉补偿装置虚拟样机实践技术1，211吕东，何将三，刘少军（1.中南大学机械电子研究所，湖南长沙410083；2.湖南师范大学工学院，湖南长沙410081）摘要：介绍了虚拟样机在深海开发中的运用，并给出了利用参数化、并行化和集成化设计，建立升沉补偿装置虚拟样机模型的具体实现方法，可以为深海开采系统总体设计提供参考。关键词：升沉补偿；虚拟样机；仿真中图分类号：TH12；TP319文献标识码：A文章编号：1001-3881（2004）5-022-2HeaveCompensationEguipmentVirtualProt

2、otypePracticingTechnologyinDeep-oceanExploitationSystem1，211LDong，HEJiang-san，LIUShao-jun（1.MechanicaIandEIectronicaIInstitute，CentraI-SouthUniversity，Changsha410083，China；2.EngineeringCoIIege，HunanNormaIUniversity，Changsha410081，China）Abstract：AppIicationofvirtuaIprototypeindeep-oceanex

3、pIoitationwasintroducedandspecificconstructionvirtuaIprototypemethodofheavecompensationeguipmentwasbuiItbymeansofparameterized，concurrentandintegrateddesigntechnoIogy.Itpro-videsareferencemethodfordeep-oceanexpIoitationsystemdesign.Keywords：Heavecompensation；VirtuaIprototype；SimuIation!"

4、项目背景能、性能和行为，VP技术包含两层含义：VP模型的深海开采技术目前在国际上还处于研究阶段，德建立和利用虚拟环境对VP进行仿真。对于复杂工程国、美国、印度、韩国和日本等发达国家都在加紧进系统采用虚拟样机设计可以解决传统设计中的固有缺行试验研究。我国作为联合国海洋法缔约国之一，在点，本文就升沉补偿装置的虚拟样机设计技术做一实太平洋矿区拥有7.5平方公里的商业开采权，目前我践探讨，并为深海开采系统的整体虚拟设计提供些经［2，5］国已经具备深海资源开发能力，现在主要任务是进行验。海上试验研究。深海资源装备系统主要由水面支持子#"VP系统总体设计系统、扬矿子系统、集矿子系统

5、和测控子系统构成，1.1VP总体构架升沉补偿装置是扬矿子系统的组成部分，它的作用是保障扬矿子系统尽量不受海况的影响。其工作原理是：在采矿船和扬矿硬管之间安装一套液压装置，通过对液压装置进行控制，补偿由于海浪的升沉运动对［1］扬矿硬管纵向振动的影响。就目前开发手段而言，研制机电液一体化的升沉补偿装置，可以利用3D技术绘制产品的直观图，并结合数值分析技术对产品进行动态功能和性能评估，但这种评估仅仅是在产品所涉及知识学科内分散的独立评估，而不能综合各知识领域同时对产品进行多学图1升沉补偿VP系统建造框架科综合评估，通常需要制造物理样机后对产品进行综升沉补偿装置目前国内无现成产

6、品必须自己设合特性的评估，因此传统产品开发流程由于不能在产计，就深海开发项目的整体要求而言，补偿装置VP品设计阶段完整评估产品投入使用后的全功能动态特设计技术是建立在物理系统总体方案确定以后，因此性及产品性能，造成开发周期长、成本高的固有缺其VP模型的目标是创建和原系统功能、性能和结构点。相似的虚拟系统，且系统必须满足开放性、可重用性近年来以系统建模/仿真技术为核心的虚拟样机和模快化设计的原则，以及要有良好的人机交互性。（VirtuaIPrototype，VP）技术迅速发展，这是一种基同时为体现虚拟设计的特点，采用参数化、并行化和于产品的计算机虚拟数字模型，它按照一定规

7、则将现集成化以及模块化的设计方法，所谓参数化指VP系实产品映射成虚拟产品，并具有现实产品的完全功统可以方便地修改，由于产品并无可以借鉴的设计经＊国家“十五”长远发展项目：深海资源开发技术（编号DY105-03-02）《机床与液压》2004.No.5·"!·验，其设计方案必须经过多方修改才可以完善；并联系，然后调用在MATLAB中已经完成的控制系统行化是指为缩短研发周期，产品所涉及知识的不同领输出数据，对整体虚拟样机进行集成仿真。其整体原域内专家必须共同完成各自模型设计；而集成化设计理见图2。是把不同领域内设计的产品模型，利用接口技术集成为