深海采矿升沉补偿系统建模及其模糊控制仿真

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1、第39卷第1期中南大学学报自然科学版()Vol.39No.12008年2月J.Cent.SouthUniv.(ScienceandTechnology)Feb.2008深海采矿升沉补偿系统建模及其模糊控制仿真汤晓燕，刘少军，王刚(中南大学机电工程学院，湖南长沙，410083)摘要：根据中国大洋协会(COMRA)拟定的1000m大洋多金属结核中试采矿系统中升沉补偿子系统设计方案及1km海试的状况，应用牛顿第二运动定律和MATLAB软件，创建了该系统的数学模型，对该数学模型进行模糊控制仿真研究。仿真

2、结果表明：1km海试总体设计中提出的双油缸主动控制升沉补偿系统可适应海试要求，在4级海况条件下，对系统实施模糊逻辑控制能得到满意的控制效果。但在复杂海况条件下，随着外扰频率逐渐增加，系统的升沉补偿效果会不断下降，当外扰频率大于0.7Hz时，主动式模糊控制几乎无减振效果。因此，建议在0~0.7Hz范围内采用主动式模糊控制，而在外扰频率大于0.7Hz范围内实施被动式升沉补偿。关键词：建模；升沉补偿；模糊控制；仿真中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1672-7207(2008)01−0

3、128−07Modelingofheavecompensationsystemfordeep-oceanmininganditssimulationoffuzzylogicalcontrolTANGXiao-yan,LIUShao-jun,WANGGang(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)Abstract:Accordingtothedesignschem

4、eofaheavecompensationsubsystemproposedbytheCOMRA(ChinaOceanMineralResources&Association)1000mdeepoceanpoly-metallicnodulepilotminingsystemandthewaveconditionsofsearegionof1kmseatrial,acorrespondingmathematicsmodelofthissystemwasbuiltbyusingtheNewton’

5、slawandMATLABsoftware.Thesimulationstudyofafuzzycontrolbasedonthismodelwasconducted.Theresultsshowthatthisproposedactiveheavecompensationsystemwithtwoliftcylindersissuitablefor1kmseatrial.Thesatisfactorycontroleffectivenesscanbeobtainedinthesimulatio

6、nontheconditionofseastate4.However,theheavecompensationeffectivenessdeclinesgraduallywiththeincreaseofoutsidedisturbancefrequency.Whenthefrequencyislargerthan0.7Hz,thereisscarcelyanyvibrationdampingeffectinthisactivefuzzycontrol.Hencetheimprovementsu

7、ggestionisproposedthatanactivefuzzycontrolshouldbeusedwithinthefrequencyof0−0.7Hz,whileapassiveheavecompensationshouldbeusedifthefrequencyislargerthan0.7Hz.Keywords:modeling;heavecompensation;fuzzycontrol;simulation水力提升式大洋多金属结核采矿系统由水面采矿的附加载荷，造成海底作业装置

8、的不稳定，甚至导致船、扬矿管、海底集矿机等组成。由于水面装置将随扬矿管系的损坏，严重影响工作效率，因此需要采取海面的波浪产生显著的升沉摇摆运动，从而带动长达升沉补偿措施减小水下部分的振动，以保证采矿的顺数千米的扬矿管做相应的运动，致使系统中产生巨大利进行。收稿日期：2007−03−15；修回日期：2007−05−08基金项目：国家“十五”深海技术发展专项基金资助项目(DY105-3-2-2);国家自然科学基金资助项目(50675226)作者简介：汤晓燕(1972−)，女，湖南长沙人，副教授，博士