图2-1：现有半潜式海洋平台示意图

新型半潜式海洋钻井平台是在现有平台的基础上，将刚性立柱替换为可调立柱（液压系统）的新型平台[13]。平台采用三个液压缸并联，通过对新型平台液压系统的控制，能够最大程度上降低升沉、横摇、纵摇这三个自由度方向上的运动对平台工作甲板的影响，其结构模型图如图2-2所示。

图2-2：新型半潜式海洋钻井平台结构模型图

2。1。2 半潜式海洋平台主动波浪补偿系统方案设计

本文是在新型半潜式海洋钻井平台结构以及其主动波浪补偿数学模型的基础上，研发适用于该平台的控制及监控系统。通过采集平台下船体倾角、液压缸实时位移状态等外部信号，借助主动波浪补偿数学模型，在PLC主机中对所采集信号进行计算，得出能够使平台工作甲板保持水平的三个液压缸位移量，之后通过控制电液比例方向阀，使液压缸运动到指定长度，从而实现平台调平。同时开发主动波浪补偿控制操作界面以及工作状态监视程序，对主动波浪补偿系统及平台调节效果进行实时监控。该主动波浪补偿系统原理如图2-3所示。

图2-3：主动波浪补偿系统原理图

2。2 半潜式海洋平台主动波浪补偿液压系统设计

2。2。1 主动波浪补偿液压系统方案设计

半潜式海洋平台主动波浪补偿液压系统采用电液比例位置控制系统，主要通过输入控制信号使电液比例方向阀阀芯进行动作，进而控制液压缸实现波浪补偿，使上平台工作甲板不随海浪运动而产生大幅晃动，始终保持平稳。文献综述

其液压系统原理图如图2-4所示：

图2-4：液压系统原理图

其中，1为柱塞泵 2为高压过滤器 3,4,5为电液比例方向阀。

同时，采用电液比例系统，先由传感器采集钻井平台下部船体的运动信号，之后借助数据采集卡将信号传送到工控机计算，然后通过相关的电控制单元和数模转换模块按照相应的控制策略将控制信号输送给比例方向阀，控制液压缸朝着平台下部船体运动的相反方向进行运动，进而抵消平台下部船体的摇摆升沉运动对平台上部工作甲板状态的影响，最终实现波浪补偿。

其电液比例系统原理如图2-5所示：

图2-5：电液比例系统原理图

2。2。2 主动波浪补偿液压系统建模

通常，在研究具体的控制方法或仿真之前，需要事先建立出电液比例系统的传递函数，从而方便对系统的动态性能和稳定性进行分析。所以本节就是将液压系统的各个组成部分进行简化并建立各自的数学模型，从而进一步建立出整个系统的数学模型。

为了对液压缸进行准确的位置控制，本文所研究的电液比例位置控制系统由以下几个部分组成：放大器、液压执行机构、控制器、检测元件、电液比例方向阀以及液压源。其结构框图如图2-6所示。

图2-6：电液比例系统结构框图

（1）放大器数学模型

比例放大器是将较小的电气信号进行放大，进而驱动比例阀动作，其放大作用是线性的。因此，放大器可由一个比例环节代替，其数学模型为：

其中，——比例增益，A/V；——输出电流，A；——输入电压，V。

（2）位移传感器数学模型

由于位移传感器的输出信号和位移信号是成比例的，并且其频宽远远高于系统，可以将其当作是一个比例环节，位移传感器数学模型如下：

其中，——输出电压，U；——液压缸活塞杆位移，m；——位移传感器转换系数，V/m。