船用起重机是进行海洋资源开发的一种典型多学科、多系统、多领域集成的海上工程装备,它是一个在机械系统基础上,融入控制、电子和液压等领域子系统的复杂系统。当前对船用起重机建模与仿真的研究大多都局限于单一领域,难以考虑不同领域组件间的耦合关系,且不利于扩展与继承。所以为了准确分析船用起重机系统动态特性,以提高波浪补偿的综合性能,有必要对船用起重机系统进行统一建模、仿真及优化。本文旨在基于Modelica语言设计开发一个通用的、可扩展的主动波浪补偿起重机系统模型库,并在系统模型的基础上开展主动波浪补偿起重机系统仿真研究。首先,详细介绍了主动波浪补偿起重机系统组成和工作原理,分析了起重机系统关键组件的工作原理和数学模型,并在数学公式的基础上运用Modelica语言建立了起重机组件模型,具体包含了二次马达,恒压变量泵,蓄能器,溢流阀,钢丝绳,刹车器等组件。基于组件-子系统-系统的模型构建流程建立了各子系统模型以及主动波浪补偿起重机系统模型。搭建完成的起重机系统模型库具有可扩展性强、可重用性强的特点,能够为起重机系统的参数化、组件化系统设计奠定基础,并能快速进行起重机系统设计方案验证,极大地提高起重机系统设计效率。其次,基于系统模型对某型号主动波浪补偿起重机系统进行仿真研究。通过与AMESim的液压组件搭建相同的测例来对比验证组件模型的正确性,为后续仿真分析的可靠性提供了保障。针对波浪补偿时的正常工况进行仿真,分析起重机系统的运行状态和动态特性以及关键部件参数对系统性能的影响,结果显示只有一个速度环的控制器补偿精度不高,需要后续进行优化。通过参数扫动的方式,来分析典型部件参数对系统性能的影响以及系统对极限工况的适应能力。针对故障工况,分析马达内泄露和外泄露这两种典型故障的现象和故障传递的过程,为以后基于模型的故障诊断奠定基础。最后,针对正常工况下起重机系统波浪补偿精度过低的问题,通过分析比较速度环和位置环+速度环两种控制方案,确定了最优的控制方案是两者结合。针对起重机系统在波浪补偿功能启动瞬间存在超调的问题,优化了启动瞬间的控制逻辑,抑制了系统启动波浪补偿瞬间不稳定的现象。针对大质量的负载补偿精度过低的问题,对起重机系统的控制器参数进行了优化,改善了补偿性能。