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《中南大学》 2006年
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深海采矿装置升沉补偿系统模糊自整定PID控制研究

郭圣敏  
【摘要】: 随着陆地矿产资源的日趋枯竭,我国矿产资源所面临的严峻形势要求我们大力发展深海矿产资源开发技术。作为保证深海采矿作业安全进行必不可少的装备之一,深海采矿装置升沉补偿系统是一个承受重载、结构复杂、技术难度大的大型装备,且要求在环境多变的深海大洋区域运行,因此该技术的研究在初级阶段难以频繁的进行海试。而基于虚拟样机技术的仿真研究可实时模拟深沉补偿系统在不同海洋环境的工作状态,为升沉补偿装备的研制和开采提供理论依据和技术参考,使系统在缩短研究周期、降低开发风险、提高设计质量等方面起到十分重要的作用。升沉补偿控制方法的探讨则可为升沉补偿系统工作时选择控制策略提供理论参考和依据。 本文根据1000m海试采矿升沉补偿系统设计方案和海试环境要求,系统地分析了升沉补偿系统的工作原理和技术参数,并合理的简化了在大洋环境下采矿船体与升沉平台的运动规律和进行了受力分析,建立了升沉补偿系统简单力学模型和数学模型。 本文应用了虚拟样机技术和控制系统仿真技术联合对深海采矿升沉补偿系统进行了设计研究,在机械系统动力学分析软件ADAMS中建立了基于液压动力源的升沉补偿系统采矿船多刚体机械动力学模型,并针对该模型在控制系统仿真分析软件MATLAB/SIMULINK中设计了模糊自整定PID控制器。并最终联合ADAMS与MATLAB,通过基于接口的机械、液压、控制模型间各系统状态参数的传递建立升沉补偿控制系统仿真模型,对系统进行了在不同海况下工作过程的模拟以及控制仿真分析研究。 联合仿真研究结果表明,联合仿真技术能够有效逼真地反映采矿船的升沉系统的动态过程,研究中所采用的模糊自整定PID控制器能够很好的对深海采矿系统的升沉平台进行位移补偿,得到了良好的补偿效果,补偿率可达到35%—45%,提高了深海采矿系统的稳定性。 同时,本文设计制造了一套简易的基于高速开关阀控的位移补偿实验装置。实验结果验证了本文设计的升沉补偿系统及其模糊自整定PID控制器的合理性和可行件。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TD424

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