一、集矿机预定路径自行走控制的试验研究（论文文献综述）
康娅娟,刘少军[1]（2021）在《深海多金属结核开采技术发展历程及展望》文中研究表明深海多金属结核富含镍、钴、铜等新能源技术发展所需的金属,将其从数千米深海底开采出来需要依靠独特和高效可靠的开采技术和装备。本文全面总结了国内外深海多金属结核开采技术及装备的研究历程和发展现状。首先梳理了20世纪西方财团进行的深海多金属结核采矿海试系统,并分析了水力管道提升式采矿系统原型的技术和经济可行性;接着全面回顾了中、韩、印等深海先驱投资者对深海多金属结核采集及水下输送等关键技术的攻关;然后分析了深海多金属结核开采技术所面临的商业化和高环保要求的形势以及近期在这方面的发展动态及研究进展;并且系统地总结了中国深海多金属结核开采技术研究的发展历程。最后在此基础上,展望了深海多金属结核开采技术研究发展面临的机遇,以及在商业开采要求下,深海多金属结核开采系统可能的技术方案及其高可靠、高环保、高智能的发展趋势,为我国深海多金属结核得高效开采技术和装备的研究开发提供了参考价值和指导作用。
曹玉霞[2]（2020）在《深海采矿系统作业中复合缆构形及动力学行为研究》文中研究表明深海采矿系统作业过程中,集矿机在海底复杂环境中能否安全稳定进行集矿作业是整个采矿系统成功运行的关键。本文以集矿机海上工程试验项目为研究背景,以集矿机采矿作业过程为研究对象,采用多刚体离散元理论和方法建立了集矿机-金属铠装复合缆-海面采矿船三者串联于一体的计算模型,对采矿系统进行了复合缆构形设计和系统联动作业仿真分析,验证了集矿机海底作业的可行性,为深海采矿系统的设计和海试提供参考依据。论文主要工作如下:基于空间梁理论,推导了多刚体离散元模型之间的连接刚度;采用莫里森公式计算金属铠装复合缆在海水中受到的水平液动力;利用多刚体离散元理论建立了深海采矿系统虚拟样机仿真模型。以集矿机与海面采矿船的水平距离、浮力体布置方式和布置大小为考虑因素,对1000米海深复合缆采矿系统进行了构形设计,获得了较为理想的单拱构形。规划了海底集矿机横向折返作业路径,并研究了集矿机在三种工况下作业时采矿系统的空间形态和动力学行为。仿真结果表明:在给定的采集宽度、间隙和速度下,采集宽度越大,集矿机、采矿船、金属铠装复合缆的受力越大,系统作业越不稳定,三种不同采集间隙下,采矿船受力总体差别不大,但开采间隙越大,复合缆在一个作业周期距离采矿船越近,复合缆拱谷距离海底的高度越小,构形越不利于集矿机海底避障作业。采集速度越大,采矿系统作业效率越高,但集矿机在行驶路径拐点处受力突变和波动越明显,越不利于采矿系统作业。
杨佩芳[3]（2017）在《全软管深海采矿系统在预定路径上行走的动力学分析》文中研究指明我国经济发展进入新的历史阶段,立足我国基本国情,能源需求压力巨大,能源供给制约较多,因此必须紧跟国际能源技术革命新趋势,有效开发、合理利用国际新资源。深海孕育着丰富多样的矿产资源,面对即将到来的深海矿产资源战略争夺,相较于我国的深海采矿技术储备与发展,任务艰巨,深海技术亟待新的突破,必须加速和进一步推动深海采矿技术的工程化应用研究。本文的研究根据大洋协会十二五课题“面向海试的多金属结核集矿系统研制与集成”项目的要求,对全软管深海采矿系统动力学分析进行探索性研究。本文根据十二五课题要求进行面向湖上试验的路径规划和动力学行为研究,考虑了海上试验的整体联动和横向采集等特性,建立了135m全软管采矿系统仿真模型,研究深海采矿系统的动力学行为特征,为海上试验的开展提供合适的参考依据。首先,基于多刚体离散元理论,考虑海洋环境的复杂性,对系统整体所受荷载进行了分析和适当的简化,利用虚拟样机仿真技术实现对全软管深海采矿系统的建模;其次,通过仿真分析,确定了合适的连续浮力布置方案及船与集矿机距离的合适区间;最后,规划了横采模式下的采矿系统联动方案,设计了方形波、三角波及正弦波三种行驶路径及相应的变速方案,以考察集矿机行驶速度、横向采集宽度等参数对系统动力学行为的影响。多体动力学仿真结果表明:（1）全软管深海采矿系统横向联动方式是切实可行的,仿真过程中,系统保持稳定同步运动,输送软管在船机的牵引下保持良好的空间构形,无明显偏折缠绕现象,为矿石的输送提供了有利条件;（2）本文所给整体联动模式下,使船机保持合适的距离并对软管布置连续浮力形成单拱结构,联动行驶过程中保持全软管的空间构形,以满足集矿机安全行驶的要求;（3）在给定的路径波行驶当中,正弦波路径更适宜集矿机的行驶,动力学特性稳定、波动不大有利于系统的运作与控制。
王猛[4]（2016）在《深海自行式履带开沟机关键技术研究》文中提出本文结合海底开沟埋缆工程需求,展开深海自行式履带开沟机预研工作;设定均匀定向缓变流场、软塑沉积物工作底板的作业环境,针对海底履带承载与行走、喷冲臂射流开沟两项关键基础功能展开相关研究;通过本文的工作,初步实现深海自行走履带开沟机在预设的工作环境及工况下行走、开沟功能,并建立对应的预测评估方法;进而为深海自行走履带开沟机工程应用奠定理论基础,为后期工程样机研发提供参考和积累经验。主要完成的研究工作如下:1.海底沉积物物理特性及履带-沉积物作用机理研究（1）海底沉积物物理特性分析;对目标作业区沉积物采样样本进行实验室分析及测试,获取沉积物粒径-频度分布曲线、物理特性及土体力学参数;并依据样品分析测试结果配制试验用沉积物替代土体。（2）剪切应力-位移经验模型分析:总结筛选现有履土作用剪切应力-位移经验模型（Janosi-Hanmoto模型、Wong JY模型和Schulte模型）,搭建实验平台,开展海底沉积物带板剪切适用性验证;实验结果显示,现有经验模型对于履带-黏性软塑沉积物相互作用的评估预测有一定局限性;通过对沉积物变形特征的分析,依据履土作用剪切试验数据拟合结果,总结出一种新的带板剪切经验模型“软塑土剪切模型”（Soft-plastic shear stress-displacement model,SPS model）;对照实验数据曲线,分析软塑土剪切模型海底沉积物的适用性,实验数据分析显示相对其他剪切模型,SPS模型更适合描述带板在沉积物中的剪切力学响应。2.海底履带行走机构性能研究分析作业过程中履带开沟机受力,建立本体动力学方程,并依此研究履带行走机构接地承载性能、驱动牵引性能和转向性能。（1）接地承载性能分析:（1）针对海底土体负载敏感特性,区别陆用履带,采用当量负载和当量平均接地比压粗略预估履带行走机构承载及驱动能力;基于当量接地比压线性分布简化假设,限定履带接地面全尺寸承载为基本条件,界定当量负载设计作用区;（2）推导线性条件下履带接地比压面元分布公式;结合Bekker沉陷公式,导出接地面内任意点沉陷公式;（3）针对现有陆用承重轮对接地比压分布影响模型（Wills模型）局限性,考虑海底土体负载敏感特性、工作扰动对接地比压分布的影响及承重轮偏心因素,引入压力波动峰值因子、当量面域接地比压和压承重轮纵向分布偏心距因子,完善模型,得负载敏感地质承重轮影响比压分布改进模型。（2）驱动牵引性能分析:（1）设定直行顶流匀速开沟特种工况,简化开沟受力,引入有效牵引裕量判定因子,建立海底履带有效拖曳性能分析模型;结合软塑土剪切模型（SPS模型）推导履带切向牵引力计算公式;分析行走阻力组成及其与沉陷关系,导出静压沉陷阻力、滑移沉陷阻力和堆土阻力的计算公式;最终求解得有效拖曳性能分析模型解析式;（2）设计建造拖曳测试平台及SMT-T缩尺模型,在不同接地条件下开展模型拖曳试验;试验结果表明有效拖曳力理论计算值与测量值误差在合理范围内,基于SPS经验模型的有效拖曳性能分析模型合理有效。（3）转向性能分析:（1）稳态转向运动学分析;分析稳态转向过程中履带剪切速率瞬心横向偏移;依据转向运动几何关系推导常规转向速率率瞬心横向偏移与本体转向半径、转向角速度的函数关系,以及滑转率与本体转向半径、转向角速度的函数关系;（2）稳态转向动力学分析;简化稳态转向过程中SMT-T受力模型,得出稳态转向本体动力学方程;依据转向几何关系求解转向过程中接地面任意剪切速率和剪切位移,结合软塑土剪切经验模型（SPS model）推导得稳态转向过程中左、右舷履带纵向驱动、横向阻力和阻力矩;（3）开展转向模型试验,验证分析滑转率对转向半径和转向角速度的影响;试验结果表明滑转率对转向半径和转向角速度都有影响,实测转向半径变大,转向角速度变小,理论预测曲线与实测数据变化基本一致。3.喷冲臂喷冲开沟及其扰动（1）射流机理分析:（1）通过对射流定义及射流破土机理分析,界定喷冲开沟机理分析范围为淹没非自由紊动非压缩黏性连续流动压破土;（2）应用时均参数简化紊动流为稳态流,结合黏性不可压缩流体Navier-Stokes方程建立紊动射流时均运动微分方程;结合射流特点及连续性,简化基本运动方程,确立方程边界条件;分析射流过程中动量传递、能量传递和混合区轴线流速及边界扩展,求解紊动射流混合区速度分布;（3）利用Reichard和F?rthman公开的紊动射流试验数据对比验证所推导求解的速度分布模型可行有效。（2）射流动压分布及破土判定方法:（1）依据紊动射流混合区速度分布求解混合区射流动压分布,结合射流破土机理分析及土体承载临界准则（Mohr-Coulomb准则）导出紊动射流破土判定方法;（2）应用该方法求解判定射流参数是否满足破土作业要求,求解最大破土半径和最大破土深度,及利用土体参数反向求解射流参数;（3）设计建造喷冲测试平台,开展单喷嘴射流喷冲试验,对比分析破土半径实测值与理论值,结果证明破土判定方法可行有效;（3）喷冲臂射流扰动分析:结合开沟作业射流功能及特点,确定喷冲臂喷嘴布置方案;结合单喷嘴射流扰动分析求解双臂喷冲系统射流破土扰动模型;利用射流喷冲试验平台开展单喷嘴射流扰动测试和喷冲臂射流开沟测试,验证射流喷冲扰动模型的有效性;试验结果表明喷冲臂射流扰动模型有效。4.工程应用设计与分析以SMT-T海底开沟埋缆系统为工程应用设计分析对象,应用前文结论,计算分析、预测及验证SMT-T行走及开沟相关性能。（1）SMT-T接地性能计算分析;分析求解当量负载许用设计作用区、当量平均接地比压、接地比压线性面元分布及考虑承重轮作用下接地比压非线性面元分布;依据线性接地比压面元分布,求解履带沉陷。（2）SMT-T履带行走底盘驱动牵引性能计算分析及实机测试:（1）结合工程实际经验及常用带板规格,对比计算不同带板参数及工作接地比压组合的有效拖曳力值,综合对比分析显示,带板长宽SB（28）1.2 m、齿高h（28）0.2 m时,有效拖曳力综合最优;（2）利用SMT-T原型机履带底盘,开展拖曳性能验证试验;试验结果及数据分析显示有效拖曳力计算误差在合理范围之内,基于SPS经验模型导出的拖曳力预测模型合理有效。（3）SMT-T喷冲臂射流参数计算分析;依据射流破土判定方法,结合目标作业区沉积物调查及分项测试结果,分析求解SMT-T喷冲臂前向喷嘴、侧向喷嘴射流参数;依据射流混合区卷吸流量及流速相关结论求解艉向喷嘴射流参数;结合喷冲臂射流扰动模型,计算求解SMT-T在预设工作条件下射流所产生的扰动xA轴向分量、zA轴向分量力值大小及相对yA轴力矩分量值。（4）SMT-T缩尺模型全功能试验;结合目标作业区土质情况,利用缩尺模型在试验室内,全功能验证SMT-T行走开沟方案,结果表明自行式履带开沟机方案可行有效。
韩庆珏[5]（2014）在《深海履带式集矿机打滑及路径跟踪控制问题研究》文中研究指明摘要：履带式行走机构由于其自身特殊的结构特点经常被应用在军事、农业以及采矿领域。对于深海多金属结核及钴结壳采矿而言,众多国家都相继研制出了海底履带式采矿系统。履带式集矿机作为深海采矿系统的关键子系统,其作业环境下的运动控制问题成为研究热点。集矿机行走在海底极其稀软的底质上,其行走动力来自于履带与海底软底质之间的相互剪切作用。由于软底质固有的土力学特性,集矿机海底作业过程中履带会产生一定的打滑作用,打滑率的变化将直接影响到集矿机海底行走动力性能。同时,集矿机海底作业过程需按照预先设定路径进行开采行走。但由于受到布放偏差、海底软底质、洋流等作用的影响,集矿机实际行走路径与预定路径存在一定的偏差。为保证集矿效率,路径跟踪问题成为集矿机作业过程关键运动控制问题之一。对深海采矿系统而言,为保证整体系统的稳定性,集矿机与采矿船之间的随动控制问题也尤为关键。本文针对上述三种关键运动控制问题,提出了相应的控制策略和算法,并通过仿真和实验验证了算法的可行性和正确性。论文主要研究成果如下：1.以履带车辆地面力学特性研究为理论基础,利用以膨润土和水的混合物作为海底模拟软底质,推导出海底稀软底质压力—沉陷关系和剪切应力—剪切位置关系计算公式,建立了集矿机驱动力与打滑率之间的关系。通过对集矿机行走过程各运动阻力的分析,建立了完善的集矿机力学和运动学模型。提出了方便研究的简化力学模型,并对简化可能导致的误差进行了分析,为履带式集矿机运动控制研究提供了理论基础。2.基于驱动力与打滑率之间的关系,提出了匀底质条件下最佳打滑率判断标准。通过对集矿机牵引效率分析,建立了非匀底质条件下最佳打滑率辨识方法。建立了履带式集矿机液压驱动模型,通过仿真验证了模型的正确性。提出了模糊PID打滑控制策略,建立了打滑控制系统模型。通过对匀底质和非匀底质条件下打滑仿真结果的分析,证明了控制策略的有效性和稳定性。3.通过对集矿机路径跟踪控制问题的描述,建立了集矿机路径偏差模型。综合考虑了集矿机行走动力约束、跟踪路径平滑性以及跟踪时间最优三个因素,提出了以三次样条曲线为跟踪路径的时间最优控制策略。通过构造李雅普诺夫函数,提出了满足算法稳定性要求,针对由于布放偏差导致的算法不稳定的四种情况,提出了相应的控制策略。建立了路径跟踪控制系统模型,通过对同一路径不同跟踪系数仿真结果对比分析,确定了0.66为最佳路径跟踪系数。通过对直线、圆形、实际开采路径的跟踪控制仿真结果分析,验证了控制算法的正确性。通过与PID控制算法的仿真结果的对比,验证了算法的时间最优特性。4.以我国中试1000m海试总体方案为研究基础,分析比较了横纵两种折返作业方式的优缺点。出于整体系统运动复杂性以及对海底环境破坏等因素的考虑,确定纵向折返为整体系统折返方式。分析了整体系统中采矿船、中间仓、集矿机各自的运动安全域,考虑到输送软管马鞍构形的要求,最终确定采矿船与集矿机投影水平距离240m为整体系统联动控制目标。建立了整体联动控制系统,并分别在顺流和逆流条件下对整体系统联动进行了仿真,仿真结果表明整体系统能够满足控制要求。5.进行了集矿机打滑及路径跟踪控制实验。利用沙土与水的混合物作为模拟软底质,通过对比不同配比比例下混合物力学特性,最终确定砂水最佳比例为1.5：1。通过6组打滑牵引实验验证了理论推导方法的正确性。通过跟踪直线、圆形以及开采路径三次实验,验证了路径跟踪算法的可性能与正确性。
曾谊晖[6]（2013）在《履带式集矿车软底质行走行为及模拟试验系统研究》文中提出摘要：深海底采矿机器车的复杂性以及作业环境的特殊性决定了在实际开采之前必须进行多个阶段不同程度的各种模拟试验研究,通过试验对仿真结果进行验证,为实际的工程应用积累经验和提供指导作用。为此,本文以国务院大洋专项：国际海底区域研究开发“十一五”项目[DYXM-115-04-02-01]和湖南省自然科学基金项目[11JJ3059]为依托,对履带式集矿车软底质行走行为模拟试验系统进行研究,论文的主要研究内容如下：（1）提出了包括集矿车履带与软底质海底沉积物“压力-下陷”最佳滑转率、行走动力学性能、障碍物模式识别和行走系统控制等在内的整体试验方案,为深海采矿作业中履带式集矿车软底质海底行走行为问题解决提供了必要的前提条件和技术基础。（2）设计了既可反映集矿车履带与软底质海底沉积物相互作用实际状态又便于操作的模拟试验方案,并依据我国大洋多金属结核合同矿区海底表层实际情况开展了模拟履带板与模拟沉积物的压力-沉陷特性试验研究,得到了集矿车履带与软底质海底特定层位沉积物之间相互作用的压力-沉陷力学特性关系曲线及其相关参数值,为深海沉积物承载力的计算方法奠定了基础。（3）结合模拟沉积物与模拟履带板之间相互作用的剪切特性试验结果,得到了表征海底沉积物剪切应力—剪切位移关系的数学模型和相应参数,揭示了沉积物可提供给海底行走作业时集矿车的牵引力与打滑率间的耦合规律,为集矿车软底质海底作业行走性能分析提供重要参考。（4）结合构建的履带式集矿车软底质海底行走虚拟机构和典型的海低虚拟地形建立了履带式集矿车软底质海底行走行为模拟试验系统仿真模型,对履带式集矿车软底质海底直线行驶、转向行驶和爬坡行驶过程进行了动力学性能仿真研究,试验结果较好地验证了仿真结果的有效性和合理性。（5）利用车载超声波对障碍物进行探测,进而根据去噪后超声波回波信号确定深海障碍物的确定位置,针对障碍物复杂的深海环境,采用势流理论模拟出复杂的深海海流环境,进行混沌粒子群算法在复杂深海环境避障控制的应用研究,利用混沌粒子群的方法得到有利于降低路程花费,易于实现的履带式集矿车深海作业时的避障控制。（6）结合构建的模糊PID控制器和Simulink仿真模型,设计了履带式集矿车的半主动悬架系统和转向系统的控制系统,控制性能分析结果表明：该控制系统不但能对车体垂直振幅、俯仰角、车体垂直加速度以及转向行驶轨迹等均实现有效控制,而且具有较好的稳定性、快速性和精准性。
戴瑜,刘少军[7]（2012）在《深海采矿整体系统动力学建模及联动开采作业过程快速仿真分析》文中进行了进一步梳理以国际海底区域多金属结核开采及我国深海采矿1000 m海试系统技术方案为工程背景,针对整体系统联动开采作业过程模拟研究的需要,提出并开发海底履带式集矿机单刚体快速动力学仿真模型。根据深海采矿系统整体运动与约束关系,将集矿机单刚体模型与扬矿管三维离散元模型相连接,组成深海采矿整体系统快速动力学仿真模型。提出两种新的整体联动开采作业方式——纵向联动折返式与横向联动折返式。通过分析、设计及仿真控制,实现两种整体联动开采作业方式的快速仿真分析。讨论集矿机按两种新提出的采集路径行走,同时采矿船拖曳扬矿管跟随集矿机运动时,整体系统的纵向与横向联动作业动力学特性。仿真分析结果表明,整体系统联动作业过程中各子系统均能保持在各自的稳定范围内运动,进而证明两种新提出的集矿机采集路径的可行性以及整体系统纵向与横向联动折返式作业方式的合理性。深海采矿系统整体联动开采作业过程动力学分析将为整体联动控制研究奠定基础,并为将来的深海采矿海试以及商业开采过程操控提供重要的理论分析基础与技术参考。
邹砚湖[8]（2011）在《铰接式履带车预定路径行走控制研究》文中研究指明铰接式履带车作为深海矿产资源采矿系统的关键设备之一,将行走于海底海山上,由于海山地形复杂性和未知性,其在海底采矿行走时极易偏离预定采矿路径,开发铰接式履带车按预定路径行走控制技术对海洋采矿而言具有重要意义。本论文针对铰接式履带车预定路径行走控制问题开展了深入研究。本文建立了铰接式履带车虚拟样机,提出了以速度控制为内环和以方位控制为外环的双环行走控制方案。运用变论域模糊控制理论,设计了用于纠正车体方位偏差的自适用模糊控制器,设计了折返式路径产生模块、速度分配模块和原地转弯模块等,完成了铰接式履带车按预定路径行走机械-控制系统协同仿真模型建立。开展了铰接式履带车在越单边障碍、跟踪直线行走和按开采路径行走等工况下按预定路径行走仿真,仿真结果表明,铰接式履带车在遇到外界干扰而偏离预定路径时能快速修正偏差而按预定路径行走,路径模块能够根据设定值产生预定路径,表明所建立的按预定路径控制模型和算法是有效的。利用LabVIEW软件平台,以铰接式履带车按预定路径行走仿真控制模型为基础,开发了铰接式履带车自动行走控制系统软件,达到了铰接式履带车按预定路径行走的目的,同时,开发了车体监控界面软件,实现了铰接式履带车状态实时监控。开展了铰接式履带车沙地直线行走、雪地越单边障碍直线行走等实验,实验结果表明,铰接式履带车在外界干扰情况下可按预定路径行走,表明所开发的按预定路径行走控制系统是行之有效的。
张敏[9]（2010）在《基于模糊神经网络的海底采矿车路径跟踪行走控制研究》文中研究说明富钴结壳是一种赋存于800-2500m海山侧表面上的海底矿产资源。钴结壳海底采矿车采用具有良好越障性能和爬坡能力及机动性能的铰接式履带车作为其行走机构。海底采矿车按预定路径行走控制为采矿作业关键技术之一。本文以海底采矿车多刚体动力学模型为基础,提出了一种基于ANFIS的模糊神经网络行走控制方法,并建立了基于Simulink、ADAMS和LabVIEW的海底采矿车协同仿真模型,从而为海底采矿车自动行走控制研究提供了新的方法和思路。首先,设计了以Compact RIO控制器为核心的海底采矿车控制系统方案,提出了在LabVIEW测控平台上采用内环速度控制和外环路径控制的智能自动行走控制方案。在此基础上,开展了海底采矿车运动学分析和建模,构建了基于ANFIS的模糊神经网络外环路径控制和PID内环速度控制的按预定路径行走控制模型；同时,基于ANFIS神经模糊推理系统,根据训练数据,完成了模糊神经网络路径控制器设计；设计了PID控制器,并对参数进行了整定；建立了速度分配模块、滑转率控制模块、滑转率实时计算模块和延时模块等模型。其次,建立了海底采矿车动力学机械模型与按预定路径行走控制模型的协同仿真模型,开展了海底采矿车越单边障碍、偏离路径跟踪、爬坡滑转率控制的直线路径跟踪控制的仿真研究,仿真结果表明,海底采矿车行走路径跟踪控制和滑转率控制效果良好,表明所设计的基于ANFIS的模糊神经网络的行走控制算法是有效的。然后,利用SIT Sever,建立了基于Simulink、ADAMS和LabVIEW的海底采矿车协同仿真模型,实现了Simulink、ADAMS和LabVIEW三个软件的协同仿真,为海底采矿车自动行走控制提供了技术支持。最后,开展了海底采矿车模型机行走实验,实现了海底采矿车行走控制算法与LabVIEW测控系统的联接,验证了所设计的基于ANFIS的模糊神经网络外环控制和PID内环速度控制的算法是有效的。
戴瑜[10]（2010）在《履带式集矿机海底行走的单刚体建模研究与仿真分析》文中进行了进一步梳理随着陆地矿产资源的日益贫乏,海底丰富的矿产资源正成为世界各主要经济体争夺的新焦点。对于正逐步崛起的世界新兴经济体之一的中国来说,开发深海矿产资源正成为影响国家长远发展的一项重大课题。论文以大洋多金属结核开采及我国采矿系统技术方案为工程背景,提出并开发了海底履带自行式集矿机单刚体行走快速仿真模型。根据采矿系统的整体运动与约束关系,通过与扬矿管线三维离散元模型相联接,形成深海采矿系统整体联动快速仿真模型,实现大洋多金属结核整体联动开采作业过程的快速仿真分析,为整体系统的联动控制研究打下基础,并为未来的采矿作业和海试提供理论分析与技术参考。论文的主要研究内容如下：1.开展了集矿机履带与海底沉积物相互作用力学特性的试验研究。以我国大洋多金属结核合同区海底沉积物原位测试数据为依据,选择膨润土与水按一定比例混合,配置出具有相似性与可比性的模拟沉积物。通过不同尺寸穿入平板的压陷试验,获得基于Bekker公式的海底沉积物压力-沉陷关系式及相应参数。通过不同尺寸模拟履带板的剪切试验,获得基于Wong公式的海底沉积物剪切应力-剪切位移关系式及相应参数。从而为集矿机海底行走仿真分析提供边界加载条件。2.采用试验获得的海底沉积物力学特性关系式,依据我国1000m海试系统集矿机的主要设计参数,推导出集矿机海底行驶时,沉积物可提供给集矿机的总牵引力与集矿机打滑率之间的关系式。提出集矿机海底行驶时的最佳打滑率以及打滑率的控制范围,为集矿机海底行走控制研究提供重要参考。3.提出一种新的履带车单刚体建模方法。相比于传统的履带车多刚体模型而言,单刚体模型仅有6个自由度,可实现履带车的快速动力学仿真分析。考虑到履带接地段与地面相互作用的分布特性,建立基于网格单元的履带车单刚体模型接地段力学模型,推导出描述各网格单元中心点处纵向与横向动态剪切位移的常微分计算方程。利用动力学分析商业软件ADAMS开发履带车单刚体模型。相比履带车多刚体分析商业软件中提供的仅有的特定地面土壤力学模型而言,单刚体模型允许加载各种不同类型的地面土壤力学模型。通过与当前最典型的履带车多刚体计算软件的若干算例比较分析发现,单刚体模型与多刚体模型的计算结果较为吻合,但单刚体模型的计算速度得到了较大提高,从而验证了单刚体模型的合理性与高效性。4.进行了小型履带车软地面行走试验研究,试验结果与仿真结果较为吻合,从而进一步验证了采用单刚体模型进行履带车分析计算的合理性。5.建立了履带式集矿机单刚体行走快速仿真模型,开展了海底多种行驶状态下的动力学分析。提出两种新的集矿行走路径方案,以满足集矿机海底作业安全性、高效性与环保性的要求。对行走路径进行分析计算,并通过对集矿机单刚体模型运动过程的控制,实现两种新的采集路径的仿真分析。6.将集矿机单刚体模型与管线系统离散元模型相联接,组成深海采矿整体系统快速仿真模型。提出两种可行的联动开采作业方式,并通过详细分析与设计,进行联动作业过程的模拟研究。讨论集矿机不同采集路径下,整体系统的联动动力学特性。在联动过程中,各子系统均能保持稳定的运动状态。通过仿真分析证明两种新提出的集矿机采集路径的可行性,以及整体系统纵向与横向联动折返作业方式的合理性。本文研究为实现履带车快速仿真分析提供了一种新的建模方法。提出并开发的基于单刚体模型的履带式集矿机海底行走仿真模型,实现了集矿机以及整个深海采矿系统的快速仿真分析。本文提供了一种解决集成各复杂子系统的大系统模型建模问题的新思路。
二、集矿机预定路径自行走控制的试验研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、集矿机预定路径自行走控制的试验研究（论文提纲范文）
（1）深海多金属结核开采技术发展历程及展望（论文提纲范文）
| 1 深海多金属结核开采系统研究发展历程 |
| 1.1 早期采矿系统海试及技术可行性的研究 |
| 1.2 中期深海多金属结核采集与提升关键技术的攻关 |
| 1.2.1 履带自行式行走机构的研究 |
| 1.2.2 集矿机采矿头的研究 |
| 1.2.3 提升技术的研究 |
| 1.2.4 关键子系统的海试 |
| 1.3 近期商业化和高环保要求形势下的采矿技术研究 |
| 2 中国深海多金属结核开采技术研究进展 |
| 2.1 深海多金属结核开采方法及系统方案的基础性研究 |
| 2.2 样机研制与部分系统湖试 |
| 2.3 多金属结核开采关键技术攻关研究 |
| 2.3.1 高性能深海多金属结核集矿机技术研究 |
| 2.3.2 高性能深海多金属结核水力输送技术研究 |
| 2.4 1000 m级全采矿系统联动试验 |
| 3 深海多金属结核开采技术发展展望 |
| 4 结论 |
（2）深海采矿系统作业中复合缆构形及动力学行为研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 多金属结核采矿系统发展综述 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国内研究现状 |
| 1.3.2 国外研究现状 |
| 1.4 采矿系统比较分析 |
| 1.4.1 硬管采矿系统 |
| 1.4.2 软管采矿系统 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 离散元法及采矿系统所受荷载分析 |
| 2.1 多刚体离散元理论 |
| 2.2 采矿系统所受环境荷载 |
| 2.2.1 重力与浮力荷载 |
| 2.2.2 波浪和海流荷载 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 多金属结核采矿系统虚拟样机建模 |
| 3.1 虚拟样机技术简介 |
| 3.2 采矿系统虚拟样机建模 |
| 3.3 模型简化处理及参数设置 |
| 3.4 集矿机采集路径规划 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 1000米海深复合缆作业构形设计与动力学分析 |
| 4.1 集矿系统构形设计 |
| 4.1.1 零浮力布置 |
| 4.1.2 集中浮力布置 |
| 4.2 复合缆作业动力学行为分析 |
| 4.2.1 不同采集宽度下系统动力学行为分析 |
| 4.2.2 不同采集间隙下系统动力学行为分析 |
| 4.2.3 不同采集速度下系统动力学行为分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 A 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文情况 |
（3）全软管深海采矿系统在预定路径上行走的动力学分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 深海采矿系统发展概述 |
| 1.3 国内外深海开采技术研究现状 |
| 1.3.1 国外深海开采技术研究现状 |
| 1.3.2 国内深海采矿技术研究现状 |
| 1.4 本文主要内容 |
| 第2章 深海采矿系统建模分析 |
| 2.1 多刚体离散元的基础理论 |
| 2.2 虚拟样机技术 |
| 2.3 输送系统荷载分析 |
| 2.3.1 海洋与海浪流速 |
| 2.3.2 管线的水平液动力 |
| 2.3.3 重力和浮力荷载 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 全软管采矿系统模型 |
| 3.1 集矿机横采路径规划 |
| 3.2 深海采矿系统虚拟样机模型 |
| 3.3 软管初始空间构形分析 |
| 3.3.1 浮力布置方案的影响 |
| 3.3.2 集矿机与采矿船水平距离的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 深海采矿系统在横采模式下的联动动力学分析 |
| 4.1 浮力大小及布放长度对系统整体联动的影响 |
| 4.2 集矿机的开采范围对系统整体联动的影响 |
| 4.3 集矿机在预定路径上不同速度行驶对系统整体联动的影响 |
| 4.3.1 方形波路径行驶对空间形态与动力学行为影响 |
| 4.3.2 三角波路径行驶对空间形态与动力学行为影响 |
| 4.3.3 正弦波路径行驶对空间形态与动力学行为影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文情况 |
（4）深海自行式履带开沟机关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号与标记 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 履带开沟机研究现状 |
| 1.2.2 关键技术研究现状 |
| 1.2.3 履带控制设计与仿真 |
| 1.3 SMT-T开沟埋缆作业系统概述 |
| 1.4 课题研究内容 |
| 第二章 海底沉积物特性及履土作用 |
| 2.1 海底沉积物物理特性 |
| 2.1.1 沉积物来源、量化分类及标示 |
| 2.1.2 作业区沉积物调查 |
| 2.1.3 试验用土体调配 |
| 2.2 载荷作用下土体应力响应 |
| 2.2.1 集中载荷作用下土体应力分布 |
| 2.2.2 矩形均布载荷作用下土体应力分布 |
| 2.3 边界条件分析 |
| 2.3.1 Mohr-Coulomb临界承载分析 |
| 2.3.2 土压理论临界承载分析 |
| 2.4 剪切应力-位移力学模型 |
| 2.4.1 经典模型 |
| 2.4.2 SPS经验模型 |
| 2.5 负载沉陷特性 |
| 2.6 履土作用综合力学试验 |
| 2.6.1 综合试验平台 |
| 2.6.2 剪切应力-位移测试 |
| 2.6.3 载荷-沉陷测试 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 海底履带行走机构性能 |
| 3.1 履带接地性能分析 |
| 3.1.1 接地比压评价指标 |
| 3.1.2 当量综合力心及承载设计作用区 |
| 3.1.3 履带接地比压面元分布 |
| 3.1.4 接地比压线性分布履带沉陷 |
| 3.1.5 承重轮对接地比压的影响 |
| 3.2 履带牵引性能分析 |
| 3.2.1 切线牵引力计算 |
| 3.2.2 行走阻力计算 |
| 3.2.3 牵引性能分析 |
| 3.3 履带转向性能分析 |
| 3.3.1 履带转向运动学分析 |
| 3.3.2 履带转向动力学分析 |
| 3.4 SMT-T模型试验 |
| 3.4.1 拖曳力模型验证试验 |
| 3.4.2 模型转向试验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 喷冲臂射流开沟及其扰动 |
| 4.1 射流机理分析范围界定 |
| 4.2 射流机理分析 |
| 4.2.1 淹没紊动射流基本方程 |
| 4.2.2 基本方程分析及求解 |
| 4.3 破土机理与准则 |
| 4.3.1 表层土体动压分布 |
| 4.3.2 紊动射流破土判定方法 |
| 4.4 喷冲臂扰动分析 |
| 4.4.1 单喷嘴扰动 |
| 4.4.2 喷冲臂喷嘴布置及扰动 |
| 4.5 试验验证及分析 |
| 4.5.1 紊动射流速度分布验证 |
| 4.5.2 单喷嘴射流喷冲试验 |
| 4.5.3 喷冲臂缩尺模型喷冲开沟试验 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 工程设计应用与分析 |
| 5.1 SMT-T履带底盘性能分析与测试 |
| 5.1.1 SMT-T接地性能分析 |
| 5.1.2 牵引驱动性能分析 |
| 5.1.3 原型机拖曳力试验 |
| 5.2 喷冲臂设计及性能分析 |
| 5.2.1 射流破土分析 |
| 5.2.2 喷冲臂射流扰动计算 |
| 5.3 缩尺模型全功能测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 全文总结及展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 致谢 |
（5）深海履带式集矿机打滑及路径跟踪控制问题研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源与研究背景 |
| 1.2 国内外深海采矿技术发展及现状 |
| 1.3 国内外履带车辆运动控制问题研究现状 |
| 1.3.1 履带车辆地面力学研究现状 |
| 1.3.2 车辆打滑控制研究 |
| 1.3.3 车辆路径跟踪控制研究方法 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 2 深海履带式集矿机力学分析研究 |
| 2.1 履带车辆地面力学特性研究 |
| 2.1.1 压力—沉陷关系 |
| 2.1.2 剪切应力—剪切位移关系 |
| 2.2 深海履带式集矿机地面力学特性研究 |
| 2.2.1 压力—沉陷关系 |
| 2.2.2 剪切应力—剪切位移关系 |
| 2.3 履带驱动力与打滑关系计算 |
| 2.4 深海履带式集矿机力学模型 |
| 2.4.1 集矿机行走过程受力分析 |
| 2.4.2 深海履带式集矿机运动阻力分析 |
| 2.5 深海履带式集矿机运动学模型 |
| 2.6 深海履带式集矿机运动学方程分析 |
| 2.7 深海履带式集矿机运动学离散时间模型 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 深海履带式集矿机行走打滑控制研究 |
| 3.1 最佳打滑率辨识 |
| 3.2 深海履带式集矿机液压驱动系统建模 |
| 3.2.1 电液比例阀模型 |
| 3.2.2 阀控液压缸模型 |
| 3.2.3 柱塞式变量泵模型 |
| 3.2.4 液压马达模型 |
| 3.2.5 深海履带式集矿机液压驱动系统模型 |
| 3.3 打滑控制系统设计 |
| 3.3.1 最佳打滑率计算模块 |
| 3.3.2 模糊PID控制器模块 |
| 3.3.3 液压驱动系统模块 |
| 3.3.4 集矿机模型 |
| 3.3.5 实际打滑率计算模块 |
| 3.4 打滑控制仿真结果与分析 |
| 3.4.1 匀质软底质打滑控制仿真 |
| 3.4.2 非匀质软底质打滑控制仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 深海履带式集矿机路径跟踪控制研究 |
| 4.1 集矿机路径跟踪控制问题描述 |
| 4.2 集矿机的路径跟踪控制 |
| 4.2.1 集矿机路径偏差模型 |
| 4.2.2 集矿机行走动力约束 |
| 4.2.3 路径跟踪算法 |
| 4.2.4 算法稳定性分析 |
| 4.2.5 路径跟踪控制系统设计 |
| 4.2.6 跟踪系数对比仿真与确定 |
| 4.2.7 路径跟踪仿真结果与分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 深海采矿系统开采作业过程整体联动控制研究 |
| 5.1 中试采矿系统1000m海试总体方案 |
| 5.2 整体系统联动作业方式 |
| 5.2.1 横向折返方式 |
| 5.2.2 纵向折返方式 |
| 5.2.3 横纵折返作业方式的选择及说明 |
| 5.3 整体系统开采作业联动控制要求 |
| 5.4 整体联动控制系统研究 |
| 5.5 整体系统联动仿真研究 |
| 5.5.1 顺流条件下整体系统联动仿真 |
| 5.5.2 逆流条件下整体系统联动仿真 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 深海履带式集矿机运动控制实验研究 |
| 6.1 实验目的 |
| 6.2 实验装置 |
| 6.2.1 履带车行走实验场地 |
| 6.2.2 模拟软底质 |
| 6.2.3 履带式实验车 |
| 6.2.4 检测传感装置 |
| 6.3 实验内容 |
| 6.4 实验结果与讨论 |
| 6.4.1 打滑率与驱动力实验 |
| 6.4.2 拉力装置 |
| 6.4.3 路径跟踪控制实验 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间主要研究成果 |
| 致谢 |
（6）履带式集矿车软底质行走行为及模拟试验系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究意义与研究目的 |
| 1.3 国内外海底集矿车行走行为实验系统研究现状 |
| 1.4 海底履带式集矿车动力学研究现状 |
| 1.4.1 履带车动力学分析现状 |
| 1.4.2 集矿车动力学分析现状 |
| 1.5 海底行走车避障路径规划研究的基本问题及研究现状 |
| 1.6 履带式集矿车行走过程系统控制方法研究现状 |
| 1.7 研究内容与论文框架 |
| 2 履带式集矿车软底质海底行走行为模拟试验系统方案研究 |
| 2.1 管道提升式深海采矿系统介绍 |
| 2.2 履带式集矿车软底质海底行走动力学问题 |
| 2.3 履带式集矿车软底质海底行走行为模拟试验系统基本构成及实现方案 |
| 2.3.1 软底质海底行走行为模拟试验系统功能要求和基本构成 |
| 2.3.2 实验样车的基本构成及实现方案 |
| 2.3.3 模拟试验系统远程监控方案 |
| 2.3.4 实验样车控制系统方案 |
| 2.4 履带式集矿车软底质海底行走模拟试验方案研究 |
| 2.4.1 集矿车履带与软底质海底沉积物“压力-下陷”模拟试验方案研究 |
| 2.4.2 履带式集矿车在软底质海底行走最佳滑转率模拟试验方案研究 |
| 2.4.3 履带式集矿车软底质海底行走动力学性能模拟试验方案研究 |
| 2.4.4 履带式集矿车软底质海底行走系统控制模拟试验方案研究 |
| 2.4.5 履带式集矿车软底质海底障碍物模式识别模拟试验方案研究 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 集矿车履带与软底质海底沉积物“压力-下陷”模型 |
| 3.1 集矿车履带与地面相互作用力学理论基础 |
| 3.2 软底质海底沉积物参数与车辆集矿车履带性能关系 |
| 3.2.1 软底质海底沉积物参数分析 |
| 3.2.2 软底质海底承压影响因素研究 |
| 3.3 试验方案与系统简介 |
| 3.3.1 我国大洋多金属结核合同矿区沉积物土工特性 |
| 3.3.2 试验模拟沉积物配制 |
| 3.3.3 压陷试验系统构成与物理力学特性 |
| 3.3.4 试验方案设计与系统组成 |
| 3.3.5 试验原理 |
| 3.4 软底质海底行走集矿车履带“压力-下陷”智能校正模型 |
| 3.4.1 集矿车履带与沉积物压陷特性模型建立 |
| 3.4.2 集矿车履带与沉积物压陷特性模型智能校正 |
| 3.5 模型应用 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 履带式集矿车在软底质海底行走最佳滑转率模拟试验 |
| 4.1 剪切应力-剪切位移理论模型 |
| 4.2 剪切特性测量的试验方案与系统 |
| 4.2.1 我国大洋多金属结核合同矿区沉积物土工特性 |
| 4.2.2 配置试验模拟沉积物 |
| 4.2.3 试验方案设计与系统组成 |
| 4.3 软底质海底沉积物的剪切应力-剪切位移模型 |
| 4.3.1 履带式集矿车工作过程 |
| 4.3.2 剪切应力-剪切位移试验数据分析及关系式推导 |
| 4.4 履带板、履齿与软底质海底沉积物的粘附过程机理分析 |
| 4.4.1 土壤和非土壤材料之间的粘附行为 |
| 4.4.2 软底质海底沉积物在履带板、履齿间粘附的影响因素 |
| 4.4.3 履带板、履齿与软底质海底沉积物的粘附过程 |
| 4.5 集矿实验车总牵引力与打滑率关系分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 履带式集矿实验车软底质海底行走行为试验系统动力学性能 |
| 5.1 履带式集矿实验车的研制 |
| 5.1.1 履带行走系统关键零部件的结构设计 |
| 5.1.2 履带的结构参数设计 |
| 5.1.3 履带式集矿实验车动力及传动系统设计 |
| 5.1.4 履带式集矿实验车总体结构设计 |
| 5.2 履带式集矿车虚拟样机以及仿真海泥路面模型 |
| 5.2.1 履带式集矿车虚拟样机模型的建立 |
| 5.2.2 海泥路面模型 |
| 5.2.3 海底地面-履带式集矿车辆系统模型 |
| 5.3 履带式集矿车软底质海底行走行为模拟试验系统动力学性能仿真分析 |
| 5.3.1 履带式集矿车快速动力学仿真及验证 |
| 5.3.2 履带式集矿实验车直线行驶过程仿真分析 |
| 5.3.3 履带式集矿实验车转向行驶过程仿真分析 |
| 5.3.4 履带式集矿实验车爬坡行驶过程仿真分析 |
| 5.4 软底质海底行走行为模拟试验系统动力学性能试验验证 |
| 5.4.1 履带式集矿车软底质海底行走行为模拟试验系统 |
| 5.4.2 试验结果与仿真结果的比较分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 基于车载超声波测距的履带式集矿车深海避障算法研究 |
| 6.1 履带式集矿车车载超声波软底质海底障碍物探测 |
| 6.1.1 超声波测距系统的建立 |
| 6.1.2 履带式集矿车的深海环境坐标系建立 |
| 6.1.3 障碍物的分离 |
| 6.1.4 深海障碍信息的抽取 |
| 6.2 超声波回波信号的去噪 |
| 6.2.1 Hilbert-Huang变化信号重构原理 |
| 6.2.2 超声波回波信号的Hilbert-Huang变化重构 |
| 6.3 履带式集矿车深海智能避障算法 |
| 6.3.1 混沌粒子群先进性验证 |
| 6.3.2 基于CPSO算法的深海避障模型 |
| 6.3.3 仿真试验结果与分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 履带式集矿实验车深海海底行走过程系统控制策略研究 |
| 7.1 模糊PID控制器 |
| 7.1.1 模糊控制基本原理 |
| 7.1.2 PID控制机理 |
| 7.1.3 模糊PID控制器的设计 |
| 7.2 履带式集矿实验车半主动悬架模糊PID控制研究 |
| 7.2.1 履带式集矿车半主动悬挂系统模型 |
| 7.2.2 履带式集矿半主动悬架的模糊PID模型 |
| 7.2.3 履带式集矿实验车半主动悬架的模糊PID控制数值仿真 |
| 7.3 履带式集矿实验车的转向模糊PID控制研究 |
| 7.3.1 履带式集矿实验车转向运动方程 |
| 7.3.2 履带式集矿实验车转向模糊PID控制器模型 |
| 7.3.3 履带式集矿实验车转向的模糊PID控制数值仿真 |
| 7.4 本章小结 |
| 8 结论与建议 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 建议 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间从事课题及发表论文情况 |
| 从事课题情况 |
| 论文发表情况 |
（7）深海采矿整体系统动力学建模及联动开采作业过程快速仿真分析（论文提纲范文）
| 0前言 |
| 1 基于单刚体车体模型与网格单元接地段模型的履带车动力学模型建模 |
| 2 海底履带式集矿机快速动力学仿真模型建模 |
| 3 深海采矿整体系统快速动力学仿真模型建模 |
| 4 深海采矿系统整体联动开采作业过程快速仿真分析 |
| 4.1 海试系统整体联动开采作业方式设计 |
| 4.2 海试系统整体纵向联动折返式作业过程快速仿真分析 |
| 4.3 海试系统整体横向联动折返式作业过程快速仿真分析 |
| 5 结论 |
（8）铰接式履带车预定路径行走控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 课题来源 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外海底采矿车研究现状 |
| 1.3.2 国内深海采矿车研究现状 |
| 1.3.3 陆地铰接式履带车的研究现状 |
| 1.3.4 预定路径行走控制研究现状 |
| 1.3.5 海底采矿车控制系统研究现状 |
| 1.4 研究方法 |
| 1.4.1 虚拟仪器技术 |
| 1.4.2 虚拟样机及多学科协同仿真技术及其在深海采矿领域的应用 |
| 1.5 研究意义及目的 |
| 1.6 本文主要研究内容 |
| 第二章 铰接式履带车行走控制方案设计 |
| 2.1 总体技术指标 |
| 2.2 车体行走方案 |
| 2.3 行走控制系统方案设计 |
| 2.3.1 行走控制系统技术要求 |
| 2.3.2 行走控制总体方案设计 |
| 2.3.3 按预定路径行走控制系统方案设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 铰接式履带车按预定路径行走仿真控制系统建模 |
| 3.1 按预定路径行走仿真控制系统建模 |
| 3.1.1 铰接式履带车运动学模型 |
| 3.1.2 按预定路径行走仿真控制系统模型 |
| 3.2 基于变论域理论的自适应模糊控制器设计 |
| 3.2.1 变论域模糊控制理论 |
| 3.2.2 变论域模糊控制器结构 |
| 3.2.3 模糊控制器Ⅰ设计 |
| 3.2.4 模糊控制器Ⅱ设计 |
| 3.3 速度分配模块 |
| 3.4 PID控制模块 |
| 3.4.1 PID速度控制算法 |
| 3.4.2 铰接式履带车PID速度控制结果 |
| 3.5 惯性环节 |
| 3.6 路径模块 |
| 3.7 纠偏模式选择模块 |
| 3.8 原地转向模块 |
| 3.9 本章小结 |
| 第四章 铰接式履带车机械-控制系统协同仿真 |
| 4.1 多系统协同仿真原理 |
| 4.2 机械-控制系统仿真模型 |
| 4.3 铰接式履带车按预定路径行走仿真与分析 |
| 4.3.1 跨越单边障碍仿真 |
| 4.3.2 跟踪直线行走仿真 |
| 4.3.3 按折返式预定路径行走仿真 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 铰接式履带车自动行走控制软件开发 |
| 5.1 LabVIEW编程环境简介 |
| 5.2 铰接式履带车自动控制系统总体结构 |
| 5.3 底层FPGA程序开发 |
| 5.4 数据通信子程序开发 |
| 5.5 手柄控制子程序开发 |
| 5.6 按预定路径行走控制程序开发 |
| 5.6.1 实时位置计算子程序 |
| 5.6.2 路径子程序 |
| 5.6.3 路径纠偏子程序 |
| 5.6.4 PID控制模块 |
| 5.7 数据保存与监控界面程序开发 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 行走实验研究 |
| 6.1 实验目的及主要实验内容 |
| 6.2 实验设备 |
| 6.3 PID参数的再整定 |
| 6.4 沙地直线行走实验 |
| 6.4.1 实验目的 |
| 6.4.2 实验场地 |
| 6.4.3 实验工具 |
| 6.4.4 实验内容 |
| 6.4.5 实验结果及分析 |
| 6.5 雪地跨单边障碍实验 |
| 6.5.1 实验目的 |
| 6.5.2 实验条件 |
| 6.5.3 实验工具 |
| 6.5.4 实验内容 |
| 6.5.5 实验结果及分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间主要的研究成果 |
（9）基于模糊神经网络的海底采矿车路径跟踪行走控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 课题来源 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外海底采矿车研究现状 |
| 1.3.2 国内海底采矿车研究现状 |
| 1.3.3 陆地铰接式履带车研究现状 |
| 1.3.4 履带车行走控制研究现状 |
| 1.4 研究方法 |
| 1.4.1 虚拟样机技术和计算机数字仿真技术在工程领域的应用 |
| 1.4.2 虚拟仪器及LabVIEW在控制系统中的应用 |
| 1.5 课题研究目的及意义 |
| 1.6 本文主要研究工作 |
| 第二章 海底采矿车行走控制方案设计与建模 |
| 2.1 海底采矿车行走机构方案 |
| 2.1.1 海底采矿车技术指标 |
| 2.1.2 海底采矿车行走机构方案 |
| 2.2 海底采矿车控制系统方案 |
| 2.2.1 行走控制系统技术要求 |
| 2.2.2 行走控制系统方案设计 |
| 2.2.3 自动行走控制方案设计 |
| 2.3 行走控制系统建模 |
| 2.3.1 海底采矿车运动学模型 |
| 2.3.2 海底采矿车直线路径行走控制原理模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 海底采矿车行走控制系统算法研究 |
| 3.1 基于ANFIS的模糊神经网络路径控制器设计 |
| 3.1.1 T-S模型 |
| 3.1.2 模糊聚类 |
| 3.1.3 ANFIS网络结构 |
| 3.1.4 ANFIS的学习算法 |
| 3.1.5 ANFIS的样本选择与参数设定 |
| 3.1.6 ANFIS训练与测试 |
| 3.2 PID速度控制器设计 |
| 3.2.1 PID速度控制算法 |
| 3.2.2 基于ADAMS和MATLAB的海底采矿车PID速度控制器仿真结果分析 |
| 3.3 基于Matlab/Simulink的行走控制各子模块建模 |
| 3.3.1 速度分配模块 |
| 3.3.2 滑转率实时计算模块 |
| 3.3.3 滑转率控制模块 |
| 3.3.4 延时模块 |
| 3.4 海底采矿车按预定路径行走控制模型 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 海底采矿车机-电协同仿真研究 |
| 4.1 协同仿真原理 |
| 4.2 机械动力学模型与行走控制系统协同仿真模型 |
| 4.3 越单边障碍路径跟踪控制仿真 |
| 4.4 偏离路径跟踪控制仿真 |
| 4.5 爬坡滑转率控制仿真 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于LabVIEW的控制算法实现 |
| 5.1 虚拟仪器及LabVIEW在控制系统中的应用 |
| 5.2 SIT简介 |
| 5.3 控制算法的软件实现原理 |
| 5.4 应用SIT构建控制算法 |
| 5.4.1 Simulink控制算法模型的建立 |
| 5.4.2 LabVIEW控制界面的建立 |
| 5.4.3 用SIT建立控制算法模型与控制界面的联系 |
| 5.5 MATLAB、ADAMS和LabVIEW的协同仿真 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 海底采矿车控制算法实验验证 |
| 6.1 实验目的及实验内容 |
| 6.2 实验设备 |
| 6.3 模型机行走实验 |
| 6.3.1 Simulink与LabVIEW测控平台数据交换实验和PID参数再整定 |
| 6.3.2 PID控制算法验证实验 |
| 6.3.3 ANFIS模糊神经网络路径控制验证实验 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 全文总结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间主要研究成果 |
（10）履带式集矿机海底行走的单刚体建模研究与仿真分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 深海底丰富的矿产资源 |
| 1.2 国内外深海多金属结核开采系统研究现状 |
| 1.3 国内外深海底集矿机研究现状 |
| 1.4 海底履带式集矿机动力学研究现状 |
| 1.4.1 履带车动力学分析现状 |
| 1.4.2 集矿机动力学分析现状 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第二章 集矿机履带与海底沉积物相互作用力学特性试验研究 |
| 2.1 车辆与地面相互作用力学特性参数的测量 |
| 2.1.1 压力-沉陷关系测量 |
| 2.1.2 剪切应力-剪切位移关系测量 |
| 2.2 履带与海底沉积物相互作用力学特性测量的试验方案设计 |
| 2.2.1 我国大洋多金属结核合同矿区沉积物土工特性 |
| 2.2.2 试验模拟沉积物配置 |
| 2.2.3 试验方案设计与系统组成 |
| 2.3 履带与沉积物相互作用力学特性试验数据与分析 |
| 2.3.1 压力-沉陷试验数据分析及关系式推导 |
| 2.3.2 剪切应力-剪切位移试验数据分析及关系式推导 |
| 2.4 集矿机总牵引力与打滑率关系分析计算 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于单刚体模型的履带车行走快速仿真模型建模研究 |
| 3.1 履带车多刚体建模方法 |
| 3.1.1 多刚体系统建模与求解基本理论 |
| 3.1.2 基于ADAMS/ATV的履带车多刚体建模 |
| 3.2 履带车单刚体建模方法的提出 |
| 3.3 履带车单刚体建模参数的考虑 |
| 3.4 基于网格单元的履带车单刚体模型接地段力学模型建模 |
| 3.4.1 单元法向作用力加载 |
| 3.4.2 单元纵向动态剪切位移计算方程推导及剪切力加载 |
| 3.4.3 单元横向动态剪切位移计算方程推导及剪切力加载 |
| 3.5 履带车单刚体仿真模型的计算机实现 |
| 3.6 履带车的单刚体与多刚体模型仿真算例比较分析 |
| 3.6.1 直线行驶仿真比较 |
| 3.6.2 转向行驶仿真比较 |
| 3.6.3 爬坡行驶仿真比较 |
| 3.7 小型履带车行走试验验证 |
| 3.7.1 履带车结构与设计参数 |
| 3.7.2 试验测量与数据采集系统 |
| 3.7.3 试验结果与仿真结果的比较分析 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 深海底履带式集矿机单刚体模型建模与仿真分析 |
| 4.1 集矿机结构及设计参数 |
| 4.2 集矿机单刚体模型建模 |
| 4.3 集矿机海底行走边界载荷的计算 |
| 4.3.1 基于网格单元的集矿机履带接地段纵向与横向剪切力的计算 |
| 4.3.2 压实阻力与推土阻力的计算 |
| 4.3.3 水动力的计算 |
| 4.4 基于单刚体模型的集矿机海底直线行驶力学加载与仿真分析 |
| 4.4.1 直线行驶力学模型 |
| 4.4.2 直线行驶水池试验与仿真结果的比较分析 |
| 4.4.3 不同沉积物剪切强度对海底直线行驶的影响分析 |
| 4.4.4 不同海流方向对海底直线行驶的影响分析 |
| 4.5 基于单刚体模型的集矿机海底转向行驶力学加载与仿真分析 |
| 4.5.1 转向行驶力学模型 |
| 4.5.2 不同横向阻力模型对转向行驶特性的影响分析 |
| 4.5.3 不同转向速度对转向行驶特性的影响的分析 |
| 4.5.4 不同转向速度比对转向行驶特性的影响分析 |
| 4.6 基于单刚体模型的集矿机海底越障行驶力学加载与仿真分析 |
| 4.7 集矿机海底作业行走路径设计与仿真分析 |
| 4.7.1 采集路径Ⅰ设计与仿真分析 |
| 4.7.2 采集路径Ⅱ设计与仿真分析 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 应用集矿机单刚体模型的采矿系统整体模型建模与分析 |
| 5.1 深海采矿1000m海试系统总体设计方案与海试区域环境参数 |
| 5.2 扬矿管线系统的建模 |
| 5.2.1 一般的建模方法与比较 |
| 5.2.2 基于多刚体离散元模型的1000m采矿管线系统建模 |
| 5.3 基于集矿机单刚体模型与管线离散元模型组合的整体系统建模 |
| 5.3.1 各子系统之间联接方式的确定与建模 |
| 5.3.2 1000m海试整体系统模型的连接 |
| 5.4 海试系统整体纵向直线联动动力学分析 |
| 5.4.1 边界条件参数稳定情况下整体系统的纵向直线联动特性 |
| 5.4.2 边界条件参数发生改变时整体系统的纵向直线联动特性 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 深海采矿系统整体联动开采作业过程模拟研究 |
| 6.1 海试系统整体联动开采作业方式设计 |
| 6.1.1 整体系统纵向联动折返作业方式设计 |
| 6.1.2 整体系统横向联动折返作业方式设计 |
| 6.2 海试系统整体纵向联动折返式作业过程动力学分析 |
| 6.2.1 集矿机不同采集路径下整体系统的纵向联动特性分析 |
| 6.3 海试系统整体横向联动折返式作业过程动力学分析 |
| 6.3.1 集矿机不同采集路径下整体系统的横向联动特性分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 论文研究内容总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间主要的研究成果 |
四、集矿机预定路径自行走控制的试验研究（论文参考文献）
- [1]深海多金属结核开采技术发展历程及展望[J]. 康娅娟,刘少军. 中国有色金属学报, 2021
- [2]深海采矿系统作业中复合缆构形及动力学行为研究[D]. 曹玉霞. 湘潭大学, 2020(02)
- [3]全软管深海采矿系统在预定路径上行走的动力学分析[D]. 杨佩芳. 湘潭大学, 2017(01)
- [4]深海自行式履带开沟机关键技术研究[D]. 王猛. 上海交通大学, 2016(03)
- [5]深海履带式集矿机打滑及路径跟踪控制问题研究[D]. 韩庆珏. 中南大学, 2014(12)
- [6]履带式集矿车软底质行走行为及模拟试验系统研究[D]. 曾谊晖. 中南大学, 2013(01)
- [7]深海采矿整体系统动力学建模及联动开采作业过程快速仿真分析[J]. 戴瑜,刘少军. 机械工程学报, 2012(09)
- [8]铰接式履带车预定路径行走控制研究[D]. 邹砚湖. 中南大学, 2011(01)
- [9]基于模糊神经网络的海底采矿车路径跟踪行走控制研究[D]. 张敏. 中南大学, 2010(02)
- [10]履带式集矿机海底行走的单刚体建模研究与仿真分析[D]. 戴瑜. 中南大学, 2010(11)