海上船舶会在风浪的影响下产生不规则的升沉运动,这种运动对于船用起重机的作业是不利的。升沉补偿装置作为一种用于补偿船舶升沉运动的海上工程装备,可以实现船舶与货物运动关系之间的解耦,从而消除升沉运动对于船用起重机的不利影响。现有的升沉补偿装置的机械设计过程和控制设计过程大多相互独立,难以从机械性能和控制性能的角度同时获得最优的设计参数。为避免传统设计方法的局限性,本文提出了一种基于二次调节技术的升沉补偿装置,采取集成设计的思想,同时从机械角度和控制角度对该装置的设计参数进行了仿真分析和优化设计,根据设计结果搭建了实验平台并进行了实验验证。具体的研究内容如下:首先,定义了补偿系统的干扰和系统的设计需求,阐明了所设计的升沉补偿系统的总体方案,对二次调节驱动系统的工作原理进行了说明,分析了将它作为升沉补偿装置驱动系统的优势。分别介绍了二次调节驱动系统的组成元件:二次单元、恒压变量泵以及蓄能器,并建立了液压系统与钢丝绳-货物的数学模型。提出了二次调节升沉补偿系统的控制结构。然后,利用所建立的系统模型,提出了待设计的机械参数与控制参数。依照升沉补偿系统的设计需求,通过数值仿真定量分析了设计变量的变化对于补偿误差与系统能耗的影响。继而,基于以上分析结果,以最小化补偿误差和最小化能耗为设计目标,采用权重法提出了关于设计参数的多目标多约束优化问题,使用外点法将多个约束整合进目标函数值中,并利用遗传算法对该优化问题进行求解,获得了最优的设计参数。最后,根据优化结果设计了相关零件,选用相关电器元件构建了电气系统,从而搭建了升沉补偿实验平台,利用TwinCAT与LabVIEW软件分别开发了实验平台控制软件和人机交互界面。在实验平台上进行了升沉补偿实验。实验结果表明,所设计的升沉补偿装置具有良好的补偿效果和较低的能耗,表明了集成设计方法的有效性。