双回路滑模增强型混合波浪补偿系统在恶劣海况海上平台拆解作业中的创新应用

为解决海上平台拆解作业中波浪引起的6自由度(6 DOF)运动对操作稳定性的影响，研究人员开发了集成主动-被动补偿技术(APHC)的双回路滑模控制(DP-SMC)系统。通过精确校准复合缸压力动力学方程和优化液压蓄能器，系统补偿率提升且计算负担降低，较传统PID控制展现出更优动态响应和抗干扰能力，为恶劣海况作业提供了新技术方案。

　　

研究背景
全球深水油气资源开发推动海上平台建设与拆解技术向专业化、智能化发展。然而平台拆解过程中，船舶受风浪流影响产生的垂荡运动(Heave)会引发动态载荷，导致吊装作业效率下降甚至缆绳断裂。传统PID控制难以应对复杂海况的非线性扰动，而现有补偿系统存在响应滞后、模型依赖性强等问题。据预测，未来全球将有超7500座海上设施需拆解，亟需开发高鲁棒性补偿技术。

技术方法
国家自然科学基金资助团队通过：1) 复合缸压力动力学方程校准；2) 基于仿射非线性系统的状态反馈线性化；3) 改进指数趋近律的双回路滑模控制设计(内环加速度控制+外环位置控制)；4) 主动-被动混合液压架构优化，构建了适应1m波高、6s周期的仿真测试平台。

研究结果
设计原理：系统融合被动补偿的液压储能特性与主动补偿的实时预测优势，通过双回路结构解决欠驱动系统控制难题。
模型优化：修正了既有文献(Zhao et al., 2024)的流量计算误差，补充非线性项使压力动态方程精度提升。
线性化控制：将强耦合垂荡系统转化为线性形式，保持完整非线性动力学(Eq.16)，状态向量x=[x₁(位移),x₂,x₃]^T通过f(x)+g(x)u描述。
仿真验证：在模拟1m/6s正弦波及复杂不规则波下，补偿率显著提高，计算复杂度降低40%以上。

结论与意义
该研究创新性地将双回路滑模控制(DP-SMC)与混合补偿技术结合，突破传统方法对精确模型的依赖。实验表明系统对6 DOF运动中垂荡分量的抑制效果优于PID控制，动态响应时间缩短35%，为恶劣海况作业提供了兼具稳定性与安全性的解决方案。未来可拓展至深水机器人等海洋装备领域，推动智能化海洋工程发展。