[发明专利]深海采矿升沉补偿模拟试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及深海采矿升沉补偿模拟试验装置，特别是涉及管道提升式采矿系统升沉补偿装置的模拟试验装置。

背景技术

管道提升式深海采矿系统一般由集矿子系统、扬矿管道子系统及水面支持子系统等组成。扬矿管随采矿船一同升沉运动，会导致扬矿管的纵向振动，从而导致扬矿管的疲劳损坏，严重影响扬矿管的稳定性、可靠性和使用寿命以及海底集矿车工作的稳定性，进而直接影响到整个采矿系统的效率和经济性。因此，必须研究设计升沉补偿装置来减缓采矿船运动对扬矿系统的影响。主动升沉补偿装置主要由阀控液压缸组成，与万向架内环相连接。通过电液比例系统控制液压缸，当采矿船有绝对的向上位移时，收回活塞杆，当采矿船有绝对的向下位移时，伸出活塞杆，从而使扬矿系统的绝对位置保持不变。理论上，只要升沉补偿装置和控制策略设计合理，采矿船的位移可以完全被补偿，升沉补偿效果可以达到100％。但实际上，由于系统负载的巨大、采矿船运动的随机性以及电液系统的特性，升沉补偿的效果远达不到100％。为了确定升沉补偿装置的方案，获得升沉补偿装置设计和控制策略选取的依据，有必要建立一个深海采矿升沉补偿模拟试验装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以实现深海采矿升沉补偿模拟试验装置的性能测试，进而可以为深海采矿升沉补偿系统设计提供依据的深海采矿升沉补偿模拟试验装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的深海采矿升沉补偿模拟试验装置，万向架装置的外环与采矿船运动模拟器的上平台相连，所述的万向架装置的内环与主动升沉补偿装置相连，姿态传感器安装在所述的采矿船运动模拟器的上平台上，油缸位移传感器安装在所述的采矿船运动模拟器的油缸上，升沉补偿装置位移传感器与所述的主动升沉补偿装置相连，模拟管道系统与所述的主动升沉补偿装置相连，所述的姿态传感器、油缸位移传感器、升沉补偿装置位移传感器的信号输出端与控制器的输入端相连，所述的控制器的输出端与所述的采矿船运动模拟器、主动升沉补偿装置的控制端相连。

所述的控制器与上位机之间采用网络通信连接。

所述的采矿船运动模拟器采用六自由度平台。

采用上述技术方案的深海采矿升沉补偿模拟试验装置，六自由度平台作为采矿船运动模拟器。采矿船运动模拟器的升沉运动的补偿由主动补偿装置实现，纵摇和横摇运动的补偿由万向架装置实现。采矿船运动模拟器的姿态由姿态传感器测量。控制器的输入端与姿态传感器的输出端相连。当采矿船运动模拟器按照预定的轨迹运动时，姿态传感器可以测量出采矿船运动模拟器的实时姿态，包括升沉位移、纵摇角度和横摇角度。通过合适的控制策略，采矿船运动模拟器的主动升沉补偿装置可以实现采矿船运动模拟器升沉运动的主动补偿，其升沉位移由位移传感器测量，控制器的输入端与位移传感器的输出端相连。采矿船运动模拟器的纵摇运动和横摇运动的补偿则由万向架装置自动完成。本发明可以完成深海采矿升沉补偿模拟试验。

综上所述，本发明能模拟深海采矿升沉补偿以及升沉补偿控制，可以实现深海采矿升沉补偿模拟试验装置的性能测试，进而可以为深海采矿升沉补偿系统设计提供依据。

附图说明

图1是深海采矿升沉补偿模拟试验装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，六自由度平台作为采矿船运动模拟器1，万向架装置2的外环与采矿船运动模拟器1的上平台相连，万向架装置2的内环与主动升沉补偿装置3相连，姿态传感器6安装在采矿船运动模拟器1的上平台上，油缸位移传感器7安装在采矿船运动模拟器1的油缸上，升沉补偿装置位移传感器5与主动升沉补偿装置3相连，模拟管道系统4与主动升沉补偿装置3相连，姿态传感器6、油缸位移传感器7、升沉补偿装置位移传感器5的信号输出端与控制器8的输入端相连，控制器8的输出端与采矿船运动模拟器1、主动升沉补偿装置3的控制端相连，控制器8与上位机9之间采用网络通信连接。

如图1所示，深海采矿升沉补偿模拟试验装置的试验方法如下：在上位机9上设定采矿船运动模拟器1的运动姿态；在上位机9上设定主动升沉补偿PID控制的控制参数；由上位机9发出采矿船运动模拟器1和主动升沉补偿装置3的启动信号，由控制器8启动采矿船运动模拟器1和主动升沉补偿装置3；控制器8通过姿态传感器6获得采矿船运动模拟器1上平台的位移信号，以及升沉补偿装置位移传感器5获得升沉补偿平台的位移信号，从而达到升沉补偿效果。因此可以确定该主动升沉补偿装置的可行性，以及PID控制的控制效果。在此深海采矿升沉补偿模拟试验装置的基础上，可进行除PID控制之外的其他控制策略的升沉补偿模拟试验，从而选择最合适的升沉补偿控制策略；还可以更换升沉补偿装置的结构或者升沉补偿方式，从而选择合适的升沉补偿方式，为实际的工业设计提供参考。