深海采矿升沉补偿系统海浪运动模拟平台及其运动控制

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1、万方数据现代制造工程2009年第7期试验研究深海采矿升沉补偿系统海浪运动模拟平台及其运动控制+武伟，刘少军，李流军(中南大学机电工程学院，长沙410083)摘要：为模拟采矿船的升沉运动，设计一套能提供典型海浪运动模拟的单自由度垂直往复运动的电液振动台及其计算机控制系统，系统控制部分采用上＼下位工控机结构，分别完成数据采集、实时控制、运行参数监控和数据处理的功能，对海浪模拟运动控制系统进行建模，并设计运动控制器，开发控制软件，控制策略采用自学习能力的模糊滑模控制策略，控制参数调整方便。通过试验验证，能实现典型的波

2、形再现和功率谱再现。关键词：深海采矿升沉补偿系统；运动模拟平台；运动控制；模糊滑模控制中图分类号．．TP399文献标识码：A文章编号：167l_3133(2009)07—00lO珈5Thesingle-freedomshipmotionsimulationplatformanditscontrolinheavecompensationsystemfordeep-seaminingWUWei．UUShao-jun．LILiu-jun(CollegeofMechanicalandElectricalEngineer

3、ing，CentralSouthUniversity，Changsha410083，CHN)Abstract：Inordertosimulatetheheavingmotionofminingship，designedthiselectro—hydraulicshakingtablewhichcallprovideperpendicularreciprocatingshipmotionofsinglefreedomdegreebasedontypicalvibrationconditionsanditscomp

4、utercontrolsystem，theupanddownIPCconfigurationisusedinthepartofthesystemandrespectivefunctionsaredatagathering，real—timecontrolling，runningparametermonitoringanddataprocessing．Haveachievedthecomputercontrolsystemmodeling，designedthemotioncontrollerandthecont

5、rolsoftware．Thecontrolstrategyadoptsself-organizingfuzzyslidingmodecontrolanditiseasytoadjustthecontrolparameter．Theexperimentalresultsshowthatitcanachievetypicalwaveformandpowerspectrumreplication．Keywords：heavecompensationsystemfurdeep—seamining；motionsimu

6、lationplatform；motioncontrol；fuzzyslidingmodecontml0引言深海采矿升沉补偿系统(如图1所示)是深海采矿作业系统中，用来隔离由于风浪流引起的水面船运动对扬矿管线等水下设备影响的一个必不可少的系统【1’2J。针对深海采矿系统作业过程中水下设备质量大、海面波浪起伏大、频幅变化范围大和随机性强的特点，以深海采矿系统为典型对象，进行海洋浮式作业系统有源主动控制的设计理论与控制策略研究尤为重要。单自由度运动平台的设计与其运动控制的·国家自然科学基金项目(E051301)10

7、研究，目的就在于能够近似逼真地模拟采矿船的升沉运动。单自由度垂直往复运动的电液式海浪运动模拟平台，能够在时域和频域两个方面对振动进行模拟，既能进行典型的波形再现，也能进行功率谱再现，同时，海浪参数和控制参数均能方便调整。本文提出具有自学习能力的模糊滑模控制策略，把模糊控制应用于滑模控制策略中，以适应不同输入情况及多种类型负载对象的控制要求，易于在实际工程中实现，控制精度高。万方数据试验研究现代制造工程2009年第7期图1深海采矿升沉补偿系统1海浪运动模拟平台系统设计根据深海采矿系统作业海况以及海浪运动模拟总体设

8、计要求和电液伺服系统的特点，采片j计算机对电液比例方向阀进行控制。通过对方向阀阀芯开口大小和方向的控制来实现对液压缸位移输出的控制，进而控制海浪模拟平台的运动姿态∞J。这种电液伺服控制系统兼有电子与液压两方面的优点：既能产生很大的力和力矩控制大惯量的对象，又具有较高的精度和快速响应能力，而且可以通过软件编程使之具有良好的灵活眭和适应能力。图2所示为海浪运动模拟平台的系统原理，主要由比例