富钴结壳规模取样器铣挖马达控制算法研究

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。富钴结壳规模取样器铣挖马达控制算法研究　　摘要：文中提出一种用于深海富钴结壳取样器的恒功率铣挖头测控系统。该系统由机械部分和电子测控部分组成，电子测控部分采集系统各传感器的数据，监测铣挖头状态，并根据上位机命令实现对铣挖头旋转启停作业的控制。为克服海底复杂微地形对作业性能的影响，根据铣挖设备条件，提出恒功率铣挖马达转速控制算法。该算法能够在作业时将铣挖马达转速和进出口压力控制在合理范围内，以保证作

2、业安全。经实验验证，该系统可以实时根据操作人员的指令控制铣挖装置进行安全作业。　　关键词：规模取样器；铣挖控制；转速控制；进出口压力控制　　中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：2095--00-04　　0引言为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护

3、。　　富钴结壳是大洋底部最具吸引力的矿产资源之一，而开采富钴结壳则需要一种安全可靠的破碎采集装置。自20世纪80年代以来，美国、日本、俄罗斯以及我国等对深海富钴结壳进行了取样调查，并对关键技术展开了研究。1985年，美国学者针对海山上富钴结壳开采需要用到的技术进行了阐述[1]；1987年，日本学者Yoshio针对富钴结壳开采设备提出了连续线性桶结构[2]；直到1993年，日本学者Masuda等人采用连续索斗法进行了富钴结壳海上开采试验，并获得成功。我国对大洋富钴结壳矿的调查与研究起步相对较晚，从1987年“海洋四号”科考船首次取得富钴结壳样本[3]，经过几十年的大力发展，

4、富钴结壳开采技术有了显著进步。从早期的主要依赖抓斗、箱式采样、拖网取样和重力柱状采样等传统取样方法，已经发展到现在的可视抓斗、深海浅钻、水下ROV取样等新型取样技术[3，4]。　　XX年，我国大洋矿产资源开发协会提出对富钴结壳规模取样器设备的研制。采用铣挖头作为富钴结壳破碎采样结构，因此要求具有实时监测并可根据实时反馈状态进行控制的系统。故将电子控制系统作为其控制核心，通过采集规模取样器传感器信号，根据操作人员的控制指令操控取样器动作，实现对富钴结壳的铣挖破碎和采集。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目

5、开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　基于上述需求，本文提出一种基于恒功率铣挖头的电子测控系统，通过采集恒功率铣挖马达的转速和进出口液压值，控制与铣挖装置相连的电磁阀组，实现对富钴结壳的铣挖作业。但是由于海底微地形的复杂性[5]，铣挖头在工作过程中的负载变化不规律，加大了对铣挖马达的控制难度。因此，针对该电子测控系统，设计使用滑模变结构控制算法，利用其

6、响应速度快、鲁棒性好等优点，可以精确地控制铣挖头上下移动，使得液压马达转速和液压值处于安全范围内，以保证采矿工作的安全进行。　　1系统组成框架　　铣挖测控系统主要由机械部分和电子测控部分组成，系统框图如图1所示。机械部分包括铣挖装置及其液压子系统、内置传感器、液压电磁阀等设备。电子测控部分包括水下系统和水上甲板通信机。水下系统采集传感器信号，接收操作人员的操控指令，通过控制液压电磁阀来控制机械装置进行相应的动作。机械部分和电子测控部分配合完成铣挖取样任务。　　机械结构组成　　铣挖装置实物如图2所示。其中，铣挖头固定在机械臂中间，机械臂的上端与规模取样器底盘的中部连接，铣挖

7、头在机械臂油缸的作用下控制铣挖的深度，铣挖头的上升和下降通过高速换向阀控制机械臂油缸来实现，且装置上下移动的速度可调。电子测控系统放置在密封舱中，系统通过水密缆来控制铣挖头的液压阀组和一系列相关传感器，包括机械臂液压压力传感器、机械臂位移传感器、铣挖马达液压压力传感器、铣挖马达转速传感器等，实现对铣挖装置的测控，同时铣挖头装置的转动也由电磁阀来控制。电磁液压阀组如图3所示。　　电子测控系统结构为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教