随着各国对海洋资源发展的重视,海洋资源的开采与保护工作也受到了更多的关注。但受海浪以及潮汐等扰动作用,剧烈的横摇、纵摇以及升沉运动对船载装备的稳定工作以及船舶操作人员生命安全带来巨大隐患。因此,研究海浪对船载装备运动的影响对海洋经济开采的稳定性与航运事业的安全性具有重要意义。本文依托吉林大学与集美大学合作搭建的校企项目“海洋物流装备智能控制平台”,主要研究了基于三自由度并联机构的船舶运动再现与实时模拟系统的结构设计、控制算法设计和软件设计。在实验室环境下设计搭建了折页形式的三自由度海浪运动模拟平台,并基于此平台对受海浪影响的船载装备升沉位移进行预估,以便为之后的船载装备运动补偿研究奠定理论基础。论文主要工作如下:(1)根据船舶动态模拟系统的应用背景,设计三自由度海浪运动模拟平台相关结构,包括上下平台铰点布置方式、电动缸铰接位置,上下连杆长度,中位高度、电机与电动缸的选型、铰链结构等参数设置,以确保电动缸在较小行程的情况下模拟平台可以获得更大的升沉运动范围。(2)利用Adams软件对所设计的船舶动态模拟系统的结构参数建立模型,对所建模型进行运动学及动力学仿真,并在平台运动到危险位置时分析电动缸的受力情况,通过分析结果确定所设计结构是否满足既定需求。(3)对三自由度海浪模拟平台进行逆运动学分析,根据位置逆解分析得到电动缸伸长量的变化,通过速度逆解分析得到运动平台速度与电动缸伸缩速度的关系,为控制系统的设计提供基础。然后对船舶动态模拟系统的运动控制进行设计,建立电动缸的数学模型并推导出系统的传递函数,采用具有顺馈控制的复合PID控制器作为系统的控制策略,并建立Simulink模型对控制性能进行仿真分析。(4)针对船舶的升沉运动信息难以直接进行测量的问题,本文采取一种基于快速傅里叶变换与卡尔曼滤波相结合的方式对船舶升沉信息进行估计。利用快速傅里叶变换(FFT)算法在线分析升沉位移信号频谱组成,并利用卡尔曼滤波算法构造观测器,在短时间内实时估计船舶设备的升沉位移,及时精确对船舶装备的升沉运动进行控制。(5)船舶动态模拟系统的平台搭建与性能测试。首先对三自由度船载运动模拟系统的硬件设施进行选型及设计,并在Win7环境下基于Visual Studio 2013和Qt 5.8,通过C++编写控制算法和人机交互界面程序。其次对平台的定位精度、频率响应特性、电动缸跟随特性以及系统实时运动控制模拟海浪运动模拟性能进行实验效果分析,验证系统设计的合理性与精确性。