深海采矿装置智能升沉补偿系统的研究

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1、广东工业大学博士学位论文深海采矿装置智能升沉补偿系统的研究姓名：肖体兵申请学位级别：博士专业：机械电子工程指导教师：吴百海20040303广东工业大学工学博士学位论文统是一个大惯量的系统，升沉补偿系统及其模拟试验系统中普遍存在着非线性、死区、参数(如负载、摩擦力)时变、大滞后等不利因素。因此，它们的控制器的设计和控制策略的选择是至关重要的。为提高升沉运动模拟系统的升沉运动模拟精度，其控制器在位移反馈控制的基础上加入了前馈控制。论文提出了一种包含了速度反馈控制、位移反馈控制和扰动补偿控制的复合控制器

2、，该复合控制器适用于采用不同升沉补偿策略的三种升沉补偿系统。论文实现了前馈控制器、低通滤波器和PID、模糊-PID两种反馈控制器的设计。扰动补偿控制对升沉补偿性能的影响最大，尤其是对大惯量的重载升沉补偿系统。论文设计了线性、非线性和神经网络等三种扰动补偿控制器，其中基于BP神经网络的扰动补偿控制器适用性广，具有较强的自适应能力。升沉补偿系统的计算机在线控制需要硬件和软件两方面的支持。论文以升沉补偿模拟试验系统为例，介绍了升沉补偿系统的计算机在线控制系统的硬件组成：开发了升沉补偿模拟试验系统的控制软

3、件，指出并解决了开发升沉补偿系统的控制软件所要解决的几个关键技术难题。升沉补偿模拟试验系统的控制软件可直接应用于升沉补偿系统的控制。利用所建立的模拟试验系统和仿真模型、设计的控制器和开发的控制软件，论文对升沉补偿系统进行了仿真和模拟试验研究。仿真和模拟试验的结果与理论分析的结果基本上一致，升沉补偿系统及其模拟试验系统都获得了较高的补偿精度。从而也就证明了论文所提出的升沉补偿系统的设计方案是可行的，所设计的控制器和选用的控制策略和升沉补偿策略是有效的，所开发的控制软件是稳定可靠的。通过仿真和模拟试验

4、结果的对比，证明了所建立的升沉补偿系统及其模拟试验系统的过程仿真模型是正确的，也进一步验证了论文提出的液压系统过程仿真建模的新方法。本课题受国家自然科学基金项目“深海采矿工程升沉补偿系统的研究”资助，完成了升沉补偿系统的方案和参数设计、数学建模、仿真建模、智能控制器的设计和控制软件的开发等研究，其研究成果将直接为我国开发海洋矿产资源的战略提供服务。关键词：深海采矿：升沉补偿系统；智能控制；模拟试验；建模：仿真ABSllU岍ABSTRACTHCSfordeep—seaminingdeviceison

5、eoftheabsolutelynecessaryinstrumentstosecurethedeep—seaminingproduction．Forexample，whenminingthemanganesenodulewhichisofveryhighminingvalueanddispersedonthe5000mdepthoceanfloor,inordertOreducetheeffectoftheminingshipontheliRingpipe，itisnecessarytoinst

6、allaHCSbetweentheliftingpipeandtheminingshiptoreducetheaxialstressanddeformationoftheliftingpipeandavoiditsfatiguedamage．Inthisthesis，HCSisstudiedbymeansoftheoryanalysis，computersimulationandmodeltest。amongofwhichHHCSforliftingpipeisthemainresearchobj

7、ect．ThreekindsofHCS，LHCS。MHCS，HHCS，areputforwardfordifferentpurpose。whichusesyntheticallythetechnologiesofelectro-hydraulicproportionalcontrol，computercontrolandintelligentcontrolandhavecompactstructure，goodreliability，andhighcompensationprecision．The

8、parameterofHHCSwhichusesthespeed·typeheavecompensationstrategyisdesigned，andtheresultoftheparameterdesignshowsthatthedesignedHHCSmeettherequirementofheavyloadaswellassmallpowerconsumption．Forthemodeltest，amultifunctionalmodeltest-bedisbuiltwhi