專利名稱：深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置，特別是涉及管道提升式采礦系統(tǒng)升 沉補(bǔ)償裝置的模擬試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
管道提升式深海采礦系統(tǒng)一般由集礦子系統(tǒng)、揚(yáng)礦管道子系統(tǒng)及水面支持子系統(tǒng) 等組成。揚(yáng)礦管隨采礦船一同升沉運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致?lián)P礦管的縱向振動(dòng)，從而導(dǎo)致?lián)P礦管的疲 勞損壞，嚴(yán)重影響揚(yáng)礦管的穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命以及海底集礦車工作的穩(wěn)定性，進(jìn)而 直接影響到整個(gè)采礦系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性。因此，必須研究設(shè)計(jì)升沉補(bǔ)償裝置來減緩采礦 船運(yùn)動(dòng)對揚(yáng)礦系統(tǒng)的影響。主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置主要由閥控液壓缸組成，與萬向架內(nèi)環(huán)相連 接。通過電液比例系統(tǒng)控制液壓缸，當(dāng)采礦船有絕對的向上位移時(shí)，收回活塞桿，當(dāng)采礦船 有絕對的向下位移時(shí)，伸出活塞桿，從而使揚(yáng)礦系統(tǒng)的絕對位置保持不變。理論上，只要升 沉補(bǔ)償裝置和控制策略設(shè)計(jì)合理，采礦船的位移可以完全被補(bǔ)償，升沉補(bǔ)償效果可以達(dá)到 100%。但實(shí)際上，由于系統(tǒng)負(fù)載的巨大、采礦船運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性以及電液系統(tǒng)的特性，升沉補(bǔ) 償?shù)男Чh(yuǎn)達(dá)不到100%。為了確定升沉補(bǔ)償裝置的方案，獲得升沉補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)和控制策 略選取的依據(jù)，有必要建立一個(gè)深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可以實(shí)現(xiàn)深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝 置的性能測試，進(jìn)而可以為深海采礦升沉補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)的深海采礦升沉補(bǔ)償模擬
試驗(yàn)裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置，萬向架 裝置的外環(huán)與采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器的上平臺(tái)相連，所述的萬向架裝置的內(nèi)環(huán)與主動(dòng)升沉補(bǔ)償 裝置相連，姿態(tài)傳感器安裝在所述的采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器的上平臺(tái)上，油缸位移傳感器安裝 在所述的采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器的油缸上，升沉補(bǔ)償裝置位移傳感器與所述的主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝 置相連，模擬管道系統(tǒng)與所述的主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置相連，所述的姿態(tài)傳感器、油缸位移傳感 器、升沉補(bǔ)償裝置位移傳感器的信號輸出端與控制器的輸入端相連，所述的控制器的輸出 端與所述的采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器、主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置的控制端相連。所述的控制器與上位機(jī)之間采用網(wǎng)絡(luò)通信連接。所述的采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器采用六自由度平臺(tái)。采用上述技術(shù)方案的深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置，六自由度平臺(tái)作為采礦船 運(yùn)動(dòng)模擬器。采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器的升沉運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償由主動(dòng)補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)，縱搖和橫搖運(yùn)動(dòng) 的補(bǔ)償由萬向架裝置實(shí)現(xiàn)。采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器的姿態(tài)由姿態(tài)傳感器測量?？刂破鞯妮斎攵?與姿態(tài)傳感器的輸出端相連。當(dāng)采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，姿態(tài)傳感器可 以測量出采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器的實(shí)時(shí)姿態(tài)，包括升沉位移、縱搖角度和橫搖角度。通過合適的 控制策略，采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器的主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置可以實(shí)現(xiàn)采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器升沉運(yùn)動(dòng)的
3主動(dòng)補(bǔ)償，其升沉位移由位移傳感器測量，控制器的輸入端與位移傳感器的輸出端相連。采 礦船運(yùn)動(dòng)模擬器的縱搖運(yùn)動(dòng)和橫搖運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償則由萬向架裝置自動(dòng)完成。本發(fā)明可以完成 深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)。綜上所述，本發(fā)明能模擬深海采礦升沉補(bǔ)償以及升沉補(bǔ)償控制，可以實(shí)現(xiàn)深海采 礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置的性能測試，進(jìn)而可以為深海采礦升沉補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。


圖1是深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，六自由度平臺(tái)作為采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器1，萬向架裝置2的外環(huán)與采礦 船運(yùn)動(dòng)模擬器1的上平臺(tái)相連，萬向架裝置2的內(nèi)環(huán)與主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置3相連，姿態(tài)傳感 器6安裝在采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器1的上平臺(tái)上，油缸位移傳感器7安裝在采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器 1的油缸上，升沉補(bǔ)償裝置位移傳感器5與主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置3相連，模擬管道系統(tǒng)4與主 動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置3相連，姿態(tài)傳感器6、油缸位移傳感器7、升沉補(bǔ)償裝置位移傳感器5的信 號輸出端與控制器8的輸入端相連，控制器8的輸出端與采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器1、主動(dòng)升沉補(bǔ) 償裝置3的控制端相連，控制器8與上位機(jī)9之間采用網(wǎng)絡(luò)通信連接。如圖1所示，深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法如下在上位機(jī)9上設(shè)定 采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器1的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)；在上位機(jī)9上設(shè)定主動(dòng)升沉補(bǔ)償PID控制的控制參數(shù)；由 上位機(jī)9發(fā)出采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器1和主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置3的啟動(dòng)信號，由控制器8啟動(dòng)采 礦船運(yùn)動(dòng)模擬器1和主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置3 ；控制器8通過姿態(tài)傳感器6獲得采礦船運(yùn)動(dòng)模擬 器1上平臺(tái)的位移信號，以及升沉補(bǔ)償裝置位移傳感器5獲得升沉補(bǔ)償平臺(tái)的位移信號，從 而達(dá)到升沉補(bǔ)償效果。因此可以確定該主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置的可行性，以及PID控制的控制 效果。在此深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，可進(jìn)行除PID控制之外的其他控制 策略的升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)，從而選擇最合適的升沉補(bǔ)償控制策略；還可以更換升沉補(bǔ)償裝 置的結(jié)構(gòu)或者升沉補(bǔ)償方式，從而選擇合適的升沉補(bǔ)償方式，為實(shí)際的工業(yè)設(shè)計(jì)提供參考。
權(quán)利要求
1.一種深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于萬向架裝置O)的外環(huán)與采礦 船運(yùn)動(dòng)模擬器(1)的上平臺(tái)相連，所述的萬向架裝置O)的內(nèi)環(huán)與主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置(3) 相連，姿態(tài)傳感器(6)安裝在所述的采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器(1)的上平臺(tái)上，油缸位移傳感器 (7)安裝在所述的采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器(1)的油缸上，升沉補(bǔ)償裝置位移傳感器( 與所述的 主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置C3)相連，模擬管道系統(tǒng)(4)與所述的主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置C3)相連，所述 的姿態(tài)傳感器(6)、油缸位移傳感器(7)、升沉補(bǔ)償裝置位移傳感器(5)的信號輸出端與控 制器⑶的輸入端相連，所述的控制器⑶的輸出端與所述的采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器(1)、主動(dòng) 升沉補(bǔ)償裝置(3)的控制端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的控制 器(8)與上位機(jī)(9)之間采用網(wǎng)絡(luò)通信連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的 采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器(1)采用六自由度平臺(tái)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置，萬向架裝置(2)的外環(huán)與采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器(1)的上平臺(tái)相連，萬向架裝置(2)的內(nèi)環(huán)與主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置(3)相連，姿態(tài)傳感器(6)安裝在采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器(1)的上平臺(tái)上，油缸位移傳感器(7)安裝在采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器(1)的油缸上，升沉補(bǔ)償裝置位移傳感器(5)與主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置(3)相連，模擬管道系統(tǒng)(4)與主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置(3)相連，姿態(tài)傳感器(6)、油缸位移傳感器(7)、升沉補(bǔ)償裝置位移傳感器(5)的信號輸出端與控制器(8)的輸入端相連，控制器(8)的輸出端與采礦船運(yùn)動(dòng)模擬器(1)、主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置(3)的控制端相連。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)深海采礦升沉補(bǔ)償模擬試驗(yàn)裝置的性能測試，進(jìn)而可以為深海采礦升沉補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
文檔編號E21C50/02GK102140917SQ20111012711
公開日2011年8月3日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者劉少軍, 劉質(zhì), 胡瓊, 黃中華 申請人:中南大學(xué)