摘要：针对深水清淤机械臂阀控非对称油缸因高阶非线性特性以及水下大干扰工作环境导致的控制困难问题,本文提出一种加速干扰自适应滑模控制方法。通过整理系统的高阶非线性模型,建立液压油缸的分层控制模型。使用反步法设计了滑动模态指数收敛的滑模控制器,在此基础上提出了一种加速的干扰自适应方法,并使用李雅普诺夫稳定性理论验证了该复合控制方法的稳定性。通过Simscape平台进行多物理域仿真验证,仿真结果表明:所设计的加速干扰自适应滑模控制方法能实现快速准确的位置跟踪,相比于比例积分微分控制具有响应速度快、超调量小的特点,相比于普通干扰自适应滑模控制方法具有稳态误差更低,干扰估计速度更快的特点。

摘要：基于深海采矿非连续输送模式,设计了一种潜浮式提升舱,用于海底多金属结核的运输。根据潜浮式提升舱的功能需求进行了总体结构及布局设计,并通过流体仿真软件对其进行了水力学仿真分析,研究不同海况下提升舱的受力情况。计算结果表明,提升舱水平运动时,以压差阻力为主,主体所受的阻力最大;提升舱竖直运动时,以声学仓迎流的姿态有利于减少侧向水阻力、提高提升舱的操作和控制性能;在提升舱竖直运动时对不同海流速度下提升舱的受力情况进行了计算,结果表明,随着运动速度增加,X方向阻力变化明显增大,Y和Z方向受力情况变化较小。

摘要：介绍了海底沉积物原位土工力学测量装置测控系统的硬件组成,对测控系统的电源进行了分析计算,对测控系统的软件组成进行了说明,并对该装置在中国五矿国际海底矿区获得的海上试验数据进行了分析计算。结果表明,在矿区某区域海底沉积物的贯入阻力随着贯入深度增加而逐渐增大;剪切深度150 mm和300 mm处,土体被破坏后的平均剪切强度分别为7.72 kPa和7.58 kPa。

摘要：为研究粗颗粒矿石在提升硬管底部管道内的流动状态,在实验室建立了2套试验系统,对提升硬管底部Y型结构和U型结构开展了粗颗粒提升输送性能试验研究,分析了粗颗粒提升速度和输送浓度对流动状态的影响,观察了2种管道结构下粗颗粒的堵塞状态。结果表明,Y型结构的输送状态优于U型结构。该研究结果可为深海采矿系统中提升硬管底部管道结构设计提供试验验证基础。

摘要：为了提高带钢后混式高压磨料水射流除鳞清理效率,设计了磨料分布测试装置,以试件表面磨料冲击坑数量来表征磨料在射流横截面上的分布,研究了靶距和工作压力对磨料在射流横截面上分布的影响。结果表明,磨料在射流横截面径向的分布服从正态分布规律,靶距增大会导致磨料分布范围增大,分布分散化、均匀化,且磨料的分布范围与靶距成一阶线性关系;工作压力与磨料的分布范围成正比关系,且提高工作压力会增大喷嘴混合腔中有效混合的磨料总数。

摘要：以深海采矿扬矿垂直输送硬管在水力输送过程中的管道为研究对象,分析了管道系统在水锤冲击下考虑泊松耦合时流体和结构的瞬态响应;建立了管道系统在瞬变流情况下的流固耦合模型,获得了弱约束条件下支撑处管道位移随输送速度的变化关系。结果表明:随着输送速度的提高,当管道输送系统发生水击现象时,压力发生剧烈变化,导致管道支撑点处X、Y、Z三个方向的位移均大幅增加;X、Y方向位移呈现对称性,由于Z方向与轴向一致,水击发生时其位移变化较小;随着时间的延续,Z方向位移变化愈发明显;当采用较高输送速度输送矿石浆体时,管道与两相流浆体相耦合的振幅较大。以上结果可为管道设计中的支撑结构设计提供参考。

摘要：以深海采矿水下中继站料仓的溢料问题为研究对象,开展了料仓溢料数值计算分析。采用两相流模型计算比较不同防溢料结构的优劣,设计了相对应的料仓溢料试验系统并进行验证。数值计算和试验结果均表明,在料仓入料口处安装筒式阻尼装置对降低溢料量有较好的效果,其研究成果对于类似工程的防溢料结构设计和研究有一定参考价值。

摘要：针对深海采矿矿浆泵回流较差的问题,本文使用计算流体力学-离散元方法(CFD-DEM)方法,计算球形颗粒在某型矿浆泵单级和两级叶轮导叶内的回流,混合粒径颗粒回流以及非球形颗粒的回流情况。颗粒群在单级叶轮导叶回流时,由于不同导叶叶片与叶轮叶片之间的相对位置差异,不同导叶流道内颗粒群的回流情况不同;颗粒群的回流情况与叶轮导叶的形状有关,高比转速小包角叶片的设计更有利于颗粒回流。颗粒群在两级叶轮导叶内回流时,次级叶轮导叶内颗粒流动情况与单级基本相同,但首级不同导叶流道内的颗粒分布既受到首级叶轮导叶叶片相对位置的影响,还与首级导叶叶片和次级叶轮叶片的相对位置有关。混合粒径颗粒群的回流能力要弱于单一粒径,不同粒径颗粒在不同级叶轮导叶内通过时间也有所差异。相对于球形颗粒,非球形颗粒回流性能要差很多,增大了可回流矿浆泵的设计难度。

摘要：为了研究深海采矿水下输送系统提升硬管选型设计的可靠性,以输送指标为设计输入,通过水动力学进行校核,根据多金属结核沉降速度确定提升硬管选用外径244.48 mm的P110钢级抗疲劳螺纹连接套管(壁厚20.24 mm),水池拖曳试验结果表明提升电泵上端硬管阻力系数为1.4,提升电泵下端硬管阻力系数为1.3。对水下输送系统按作业工况和布放工况分别进行水动力学计算,在海试作业环境下提升硬管安全系数满足API RP 2RD规范要求。在深海多金属结核采矿试验工程海上验收试验中,提升硬管满足各项输送指标要求,各接口间连接可靠,验证了提升硬管选型设计的合理性。

摘要：在维修海上风力发电机时发现传统船载登乘栈桥主动波浪补偿系统存在求解精度低、控制响应慢的问题。为此,提出基于Denavit-Hartenburg法的栈桥空间位姿解算方法,并使用参考系转换的方法降低逆运动求解难度;设计前馈Smith预估补偿PID控制器,解决传统PID控制器跟踪动态信号存在的长延时问题;结合船载登乘栈桥的动力学模型,采用Simulink软件进行仿真控制实验。实验结果表明,在低海况且控制系统的延迟时间取0.24 s时,改进后的船载登乘栈桥主动波浪补偿方法使栈桥的最大偏移量减小了79.3%,以平均偏移标准差作为栈桥稳定性评估依据时其稳定性提升了79.6%。由此可见:该补偿方法具有良好的波浪补偿能力,同时还具有快速求解和时间延迟包容性等优点,有利于提高实时补偿系统的整体控制精度和响应速度。