海上环境严苛多变,在海上作业中必须保证作业的精度、安全性和效率。船舶等海上作业平台受不规则海浪激励而产生升沉运动,会对起重机等作业设备的结构强度和使用寿命以及负载的精确定位产生不良影响。升沉补偿系统可以使负载与船体升沉运动解耦,进而补偿负载的不规则升沉运动。升沉补偿系统常分为被动补偿系统、主动补偿系统和主被动复合补偿系统。被动型补偿系统是一种无源补偿器,起到低通滤波器的作用,在海工作业中得到广泛应用,但其补偿精度较低,滞后大;主动型补偿系统常由阀控或泵控电液伺服系统组成,补偿精度高但能耗大,不能满足大时长作业需求。因此,补偿精度高、高效节能的主被动复合升沉补偿系统的研究尤为重要。本文设计了一种补偿精度高、节能的主被动复合电液升沉补偿系统,具体研究内容如下:第1章,概述了电液升沉补偿系统的研究背景及国内外研究现状。详细说明了升沉补偿系统的发展历程和应用前景。分类介绍了各类升沉补偿系统的工作原理和优缺点。此外,针对升沉信号的测量和处理技术、参数辨识和干扰抑制技术、电液伺服系统的先进非线性控制技术进行了介绍。最后,综合升沉补偿系统研究的现状、意义和趋势,给出本文的主要研究内容。第2章,为了补偿传感器与执行器之间的时间滞后,同时消除传感器噪声,提出了一种新型基于自适应卡尔曼滤波器的升沉运动预测器。通过分析船体在不规则海浪激励下的升沉运动特性,利用非线性微分跟踪器和快速傅里叶变换算法,建立了参数化升沉运动预测模型。建立了一种基于强跟踪算法和变分贝叶斯法的自适应卡尔曼滤波器。强跟踪算法保证了卡尔曼滤波器的新息过程;变分贝叶斯法估计了卡尔曼滤波器的过程噪声协方差矩阵和测量噪声协方差矩阵,从而提高了卡尔曼滤波器在海上复杂应用条件下的参数估计精度。基于Matlab中船舶模拟工具箱模拟了船体在不同海况下的升沉运动。同时采用MRU运动测量单元在南海某海域采集了船体升沉运动信号。最后通过基于真实升沉运动数据的仿真,验证了升沉运动预测器的有效性。第3章,针对一个基于蓄能器的被动升沉补偿系统,阐述了被动补偿系统的工作原理,建立了被动补偿系统的动态模型,计算了系统的主要参数,对影响系统性能的参数在MATLAB和AMESim中进行了仿真分析,分析了被动补偿系统的不足,提出设计主动补偿系统的必要性。第4章,针对主被动复合型升沉补偿系统的电液伺服系统,建立了系统的数学模型,其中主动部分采用了阀泵复合控制的方式,使电液系统在保证阀控的高跟踪精度的同时,利用泵控系统节流损失小的特点,进一步提高了主动补偿部分的能量效率。根据泵阀复合液压系统的工作特点,针对阀控部分设计了自适应鲁棒位置控制器和自适应鲁棒压力控制器;泵控部分设计了前馈开环控制器。最后基于AMESim和Matlab/Simulink联合仿真平台,搭建了升沉补偿电液系统模型,并通过仿真验证了算法的控制精度,并结合升沉运动预测器,验证了预测控制策略用于升沉运动补偿系统的效果。第5章,对全文进行了总结,并为后续相关工作给出了建议。