随着世界经济高速发展,能源需求急剧增加,陆地可利用的不可再生资源日益匮乏,为了缓解全球日益紧张的能源压力,世界主要工业化国家已将目光投向了海洋,并积极投入大量人力物力用于海洋资源和能源的开发利用。由于深海环境复杂,海洋资源开发能力很大程度上取决于水下作业设备的发展水平,水下作业设备在设计与研制过程中必不可少的一部分工作就是进行模拟实验,即通过实验装置模拟实际工作环境以检验与论证其在深海中的使用性能。因此,开展深海环境模拟实验技术研究对于水下作业设备技术的发展具有重要的研究意义和实用价值。针对深海环境模拟实验技术内容,本文主要进行以下研究工作:对深海环境模拟实验装置及其压力控制系统的常用方案进行分析对比,针对其存在的一些不足,确定课题的研究内容及技术参数。结合试压容器的参数特点对密闭容器内液体压力控制的原理进行分析,设计了模拟压力可大范围连续变化,能对多种形式的目标曲线进行跟踪的压力动静态控制模块;针对实际应用中因实验试件发生爆破,造成系统压力突降而无法快速恢复到目标值的问题,提出压力快速补偿的思路,并研制了基于气体式蓄能器作为关键元件的压力快速补偿模块;同时,针对压力快速补偿模块单独作用其压力补偿能力有限的问题,设计了“粗调”与“精调”结合的压力控制方案;此外,为了协调各个模块之间的工作关系研制相关控制流程与规则,并对实验装置的硬件系统部分和软件系统部分进行选型与研究,为实验平台的搭建奠定基础。为了验证压力动静态控制模块能否满足模拟实验装置的设计指标,对该模块的模型进行理论分析,通过建立传递函数研究其开环特性,为开展仿真实验奠定基础;针对因试压容器内容积造成的系统压力控制过程惯性大,以及非线性现象影响压力控制性能等问题,在研究系统开环特性基础上设计了PID控制器,应用MATLAB软件对模型进行仿真研究,通过对不同曲线的跟踪性能分析,优化了PID控制参数,改善了该模块的响应速度和跟踪精度,提高了模拟实验装置的压力动态控制性能,为实验平台的搭建提供基础。为了分析压力快速补偿模块的工作性能并论证其能否满足课题相关技术要求,本文重点对压力快速补偿模块关键组成元件——气压式蓄能器模型进行研究,通过建立相关传递函数研究其固有特性;针对蓄能器参数模型复杂,影响其吸收压力冲击效果的因素较多的问题,本文应用MATLAB软件对蓄能器动态特性进行仿真研究,通过分析得到适合课题内容的蓄能器模型和相关参数;此外,为了研究连接管道以及蓄能器初始充气压力等参数对于压力快速补偿模块响应速度和补偿能力等特性的影响,基于AMESim软件建立压力快速补偿模块整体仿真模型,通过对相关仿真实验结果进行对比得到满足课题要求的管道参数模型;针对基于气体式蓄能器的压力快速补偿模块压力补偿能力有限,以及其单独作用无法使得系统压力完全恢复到目标压力的问题,通过分析原因对模型进行优化并进行相关仿真实验论证优化效果。为了验证本文研究的深海环境模拟实验技术的可行性与有效性,以及研究其性能指标是否满足设计要求,搭建了深海环境模拟装置实验平台,并设计便于人机交互的上位机操作界面;为了得到理想爆破压力的爆破筒模型为压力快速补偿实验提供基础,本文通过分别改变紫铜薄片厚度和夹板中心孔径的方式对爆破筒模型进行实验研究;为了验证模拟实验装置的压力动态控制性能,基于PID控制算法分别对系统进行单位阶跃、斜坡和正弦等曲线跟踪实验;针对压力快速补偿模块的技术内涵要求,通过改变蓄能器的初始充气压力分别对该模块模型以及优化模型进行压力快速补偿实验研究,验证其设计效果。