海洋中蕴藏着丰富的油气资源,随着深海采油技术的进步,越来越多的海洋可以被人类开发,海上钻井平台和海底石油管道不断增多。由于海洋环境的特殊性,海底石油管道容易发生破坏,而且破坏之后需要用特殊定制的设备进行维修。我国在海洋石油管道应急维修设备方面与国外存在较大差距。本文针对国内研制的用于水下管道应急维修的水下多功能作业机具的控制系统进行了详细的研究,根据机具的作业要求和特点,确定了多功能作业机具控制系统的总体组成,设计了一套完整的控制系统,并通过调试验证了控制系统的功能,完成了一套样机的研制。本文通过对水下多功能作业机具本体机械结构及液压系统和作业流程的分析,进而确定一个适合多功能作业机具的总体控制方案。给出控制系统的硬件和软件实现方法:根据多功能机具的工作特点,确定多功能机具控制系统的硬件采用工控机和可编程逻辑控制器PLC来实现;上位机界面采用西门子公司的Wincc组态软件设计。详细分析了多功能机具控制系统的主要功能。然后对控制系统的关键硬件进行选型计算,并对控制箱的结构进行设计。根据多功能作业机具的控制要求,详细介绍多功能作业机具控制系统的软件设计方法。针对Wincc与200PLC不能直接通信的问题,基于OPC接口技术间接实现上位机Wincc和下位机PLC之间的以太网通信。接着对主要下位机程序进行设计。多功能机具在水下作业,完全依靠人机交互界面实现控制,针对多功能作业机具的作业特点,提出上位机界面的功能要求,并在西门子公司的Wincc平台上进行人机交互界面的设计。首先针对仿尺蠖爬行机构中的一对对同步性要求较高的双液压缸,研究一套两个液压缸同步控制的策略。通过对常用的多液压缸同步控制方式的分析,确定本文的双液压缸采用主从式控制方式,然后建立液压缸系统的数学模型,设计从液压缸的模糊PID控制器,并在Matlab的Simulink里建立主从液压缸系统模型并仿真分析,结果表明本文设计的双液压缸主从同步控制效果较好;其次针对管道倒角质量不均匀问题,首先分析误差产生的原因,接着提出一种求解夹具定心误差的方法,然后根据计算得到的误差轨迹,设计一套轨迹预处理算法来消除轨迹误差。同时为了降低刀具加减速运动阶段对工件和刀具以及机具造成的影响,又设计一种比较平稳的刀具加减速运动规律,并在AMESim软件里对刀具运动进行仿真,仿真结果表明该方法是合理的。为了验证多功能机具控制系统设计的合理性,在陆地上做了控制系统各部分功能的调试实验。为检验为爬行机构双液压缸设计的控制策略,进行了机具爬行实验。为验证倒角刀具误差消除算法,进行了管道内倒角实验。