船舶甲板吊放装备是海洋工程的核心装备之一,常用于在海洋环境中进行起吊作业。由于受到波浪的影响,导致船舶会产生起伏、前进、横漂、纵摇、横摇、艏摇及其耦合运动,尤其是升沉运动会给船舶甲板吊放装备的有效作业带来很大的干扰以及安全隐患。为了改善此情况,需要采用升沉补偿器进行有效的波浪升沉补偿。本文以不高于四级海况为作业条件,设计了一种复合式直线运动型升沉补偿系统。该系统采用主动缸与被动缸并联的方式工作,且采用了四倍增距结构。对系统进行了动力学的分析与建模,并基于系统伯德图进行了详细分析,结果表明所设计的系统的幅值裕度和相位裕度能满足设计要求。由于实际工程系统中船舶的位移数据的采集依赖于MRU传感器,考虑到MRU传感器具有时延,会导致控制系统的效果变差。故本文采用基于频谱分析的方法对船舶的升沉运动进行短时预报,并进行了仿真验证。考虑到从MRU传感器获得的信号会夹带着一定的系统噪声,因此本文采用了小波变换的方法对数据进行滤波处理。通过仿真计算,1s内的短时预报的误差率在3%以内,能满足工程需求。考虑到普通PID算法的补偿率达不到设计要求,故需选用其他更适合的算法。针对在工作过程中系统参数可能会发生较大变化,相对应的设计了两种控制算法:预测控制与滑模控制。分别对预测控制与滑模控制算法进行了详细的分析,将各自算法中的一些不足进行了改善。还从补偿效果和鲁棒性等方面上对这两种算法进行了详细的分析比较。结果表明,若系统参数基本恒定,则应使用预测控制算法,其补偿率更高;若系统参数变化较大,则应使用滑模控制,其鲁棒性更强。基于前文的理论分析与计算,对升沉补偿试验样机进行研制。介绍了样机系统的基本工作原理,对其进行了相似性的基本说明,给出了样机系统的主要参数。完成了升沉补偿试验样机的安装调试工作,且进行了初步的实验。为升沉补偿系统的工程样机研制提供了参考。