深海采矿双波浪补偿系统自适应跟踪控制.pdf

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1、第137：：第3期2C1l·F06，J船：jr程SHIP8、()CE、．、{ENG’NEERIN(÷V01．，No．3Jljn．201]深海采矿双波浪补偿系统(jo∑丧踪控制鲁克明(海军驻武汉038厂军事代表室，武汉●。，60)摘要：为满足深海采矿过程中管道的快速自动对接要求．设计了．种能够同时进行布放剧收和升沉补偿的双波浪液压补偿系统。慕j二波波夫超稳定理论，设计了卜波浪补偿的f：l适应跟踪摔制i：t，j∈实验结果表明，上波浪补偿系统能够在自适廊跟踪控制律作用下，迅速跟踪下波浪补偿系统的升沉运动．。‘：跟踪{～i：I：能够满足同步对接要求。关键词：深海采矿；布放回收；双波浪补偿系统；自适应；

2、跟踪摔制中图分类号：THl37．51文献标志码：A文章编号：1671～7952．：(2011)03，．9J一04多金属结核是一种广泛赋存于世界大洋35006000m深海底的金属结核物，富含Mn、Cu、(：o、Ni，储!}l与达1．／i8×i010t。随着陆地上相应资源的日益干卉竭，大沪多金属结核被认为是21世纪的一种t要资源。自20世纪60年代，世界各先进工!【k国家便投巨资研究其勘探及开发技术，已形成多种于j采系统并进行过数次深海试验。中国大洋多金属结核开采技术研究始于2()世纪8()年代，经过20余年的努力，已确定了具备自主知识产权的开采系统方案，完成了部分关键部件与样机的研制和实验室试验

3、。为了更好地考察巾围大洋采矿系统的能力，完善大洋采矿系统的设计并展爪中国在国际海底区域研究开发的成就，需要进行1000n1水深的人洋多金属结核开采系统浅海试验。根据中国大洋协会颁布的《大洋多金』：结核中试采矿系统1000ITI海上试验总体方案》，l000m海L试验采矿系统由采矿船、集矿机、扬矿输送系统、测控子系统和水面支持子系统等部分组成，见图1在水面支持子系统中，波浪补偿系统和布放回收系统是j∈中的两大核心。其中：波浪补偿系统用于在开采过程中，补偿海洋波浪对水下开采设备包括朵矿ql,不H扬矿输送系统的影响，以保持处于悬挂状态的扬矿管位!相对稳定，从而降低收稿日期：20]l0328修回日期：2

4、0]1—04一07作者简介：?÷克明(]963一)，高级工程【『币，大校。研究方向：液压机H．1i理上程E-mail：1isr0324@163．cornj．控子系统＼扬¨’，。∥：～集矿机＼V—I()O()m幽1深海米石厂；；若构示意扬矿管承受的环境域阿i-_¨'ff4'rJ放回收系统则是通过起一机实现集矿机和扬矿输送系统等水下开采设备的快速、准确伽放和刚收。但足，目前的设计方案中，波浪补f孑，：仅对布放后的水下开采设备起钊波浪补偿的作凡而i无法补偿波浪对布放回收过程的，5跏m从析无法实现待布放管道与已布放。；道之间的快]!：准确对等为此，进行水下开采设备布放叫收和：下采作、Ik同时进行波浪补

5、偿的双波浪补偿系统设计。l双波浪补偿系统双波浪补1之系统的布咒见图2’『fj波浪补偿系统和下波浪补候泛统构成。1；中：卜波浪补偿系统采取双油缸悬吊升沉补偿形式，即在采矿船塔座与带液乐卜箍的升沉j厂I=]之间尊11设双油缸思IL，白装7t，扬矿输送系统j尘接17F升沉平台上，其系统载倚"FI。j：o7”?!j良岳r1，系统阳『1i。杀警。Ⅲ<：_：域J图2双升沉补偿系统布置示意通过升沉平俞由油缸中的液压油承受。存采矿作业过程中．当塔座随船体上下升沉时，只带动与塔座连接的油0。jL[体_』，F运动，而通过控制进入}巾缸f1％11液流铤。j压．力。rf使得油缸中活塞杆及悬吊在活絮杆M勺升沉平台与扬矿

6、蚕统的上F运动机度减小。从mj起到升沉补偿的作朋、，上波浪补偿系统则安裴存用-ff71：采设备布放回收的起再机上，实现待布放竹道1j已布放管道之间存波浪摹知向下的快速、准确对接然而．F}=

7、于在作业过程中．下波浪补偿系统的升沉平台位芦-在不断变化，使得对接非常困难。因此，实现上、下波浪补偿系统的同步升沉运动至关重要。2双波浪补偿系统自适应跟踪控制建模2．1双波浪补偿液压伺服系统原理根据双波浪补偿系统的特，r点，上、下波浪补偿系统各采用一·仁主动式液压伺服系统加以控制，其液压控制系统原理见罔3．系统]-作原理如下。当检测到船体随着波浪升沙【

8、{寸，在下波浪补偿伺服阀控制卜．下波浪补偿油缸活雍杆驱

9、动升沉平台上下移动进行f眵移补偿；同时，升沉平行的升沉位移反馈给控制器．控制上波浪补偿伺服阀驱动上波浪补偿油缸随之上下移动相同位移，从而保证上、下波浪补偿油缸活。t一阡之间的相对位置恒定，以实现h、下波浪补偿系统同步对接。囚此，双波浪补偿系统本质是上波浪补偿系统自适应跟踪下波浪补偿系统。图3双波浪补偿液压伺月艮系统原理2．2液压伺服系统的数学模型根据文r⋯1]所提供的设计参数扭

10、-图3所示液压控制