众所周知,21世纪是海洋的世纪。海洋领域的探索活动不断推动着资源采集、海洋运输和海洋工程设备的发展,海洋工程装备技术的发展直接影响着经济发展与国家安全,海洋装备的重要性越来越明显。海洋装备的海上作业能力是衡量各国海上能力的重要指标。海上船舶在进行作业时,波浪升沉运动会对船舶产生很大影响,这会给作业带来很多困难和安全隐患,此时需要升沉补偿装置完成辅助作业。通过升沉补偿,可以增强海上作业的安全性和可靠性。本文设计了一种基于并联结构液压缸组的主被动一体式升沉补偿系统,该系统具备被动式补偿和半主动式补偿两种工作方式,可以根据不同工况进行切换;该系统也具备四倍增距结构,克服了在较恶劣海况下工作时波浪幅值过大不便补偿的问题。同时,对该系统的液压系统主要参数进行了计算,为进一步的仿真分析提供数据基础。对被动式补偿工况进行了原理分析、动力学分析、数学建模和时域分析,分析结果表明:适当增大系统阻尼比有利于提高系统补偿率。在此基础上提出了基于节流方法的阻尼校正方案,多组仿真结果对比表明,此改进方法可以有效地提高系统补偿率;波浪频率对补偿效果影响很大,应着重进行频率特性分析;同时仿真结果也体现出被动式补偿系统的局限性,补偿率不高,需引入主动补偿部分以提高补偿率;在某些特殊海况条件下甚至会出现负补偿,简要分析了这种极端情况的原因和应对措施。对本系统的半主动式补偿工况进行了原理分析、动力学分析、数学建模和频率特性分析,着重分析了系统的固有频率和阻尼比对系统的影响,结果表明适当调整系统的固有频率和阻尼比有利于校正控制系统参数、设计出合适的控制方案。在此基础上提出了速度和加速度反馈控制算法,即在控制系统原有的位置反馈基础上结合速度和加速度反馈,通过调整速度反馈系数和加速度反馈系数来得到合适的固有频率和阻尼比,以定量调整系统参数。利用伯德图,对校正后的系统进行了频率特性分析,分析结果表明:此校正方案可调整系统的幅值裕度和相位裕度至合适值,增大系统带宽,使校正后系统具有较好的频率性能指标。为了充分验证以上两种改进方案的有效性,进行了基于Amesim-Adams的联合仿真,简述了联合仿真的方法与步骤,并进行多组海况下的对比仿真。仿真结果表明,所设计的主被动一体式升沉补偿系统及其改进方案能对波浪进行很好地补偿,能够满足系统设计要求,基于AMESim-Adams的联合仿真方法能为升沉补偿系统提供一个虚拟试验平台。在以上理论分析和仿真的基础上,开展了缩比试验样机的研制工作。利用相似理论,对原型和模型进行了相似性分析,并在分析的基础上计算出基于并联结构液压缸组升沉补偿试验样机的主要结构参数。完成了试验样机的总体方案设计、控制系统设计、下位机控制软件系统开发和上位机软件系统开发,以及控制系统与机械系统的集成,为以后理论验证、算法优化和系统改进提供良好的试验平台。