能源是人类生存和发展的基础,我国作为人口基数最大的国家,对于能源的需求尤为迫切。特别是石油和天然气,近些年的勘测显示,超过六成的天然气和石油储藏在深海区。随着陆地资源的日趋枯竭,海洋油气的深层开发迫在眉睫。然而,我国在这方面的研究才刚刚起步,需要加大海洋油气生产设备的开发、研究力度。水下油气生产系统的控制中枢——水下控制模块(SCM)在水下油气生产的过程中有着不可替代作用,一旦在水下工作时出现问题,维修起来十分困难,且费用高昂。这就需要在SCM下水前对其进行测试,确保其下水后能安全可靠的工作。本课题致力于研制出一套测试SCM的装置,该装置包括五部分,即SCM测试台、测试用液压动力源、电子测试单元、信号发生装置和阀门执行器模拟器。根据课题要求,本文需要完成的工作如下:首先,研究SCM的工作原理,完成SCM测试台液压系统设计和结构设计,并在此基础上利用ANSYS软件对其进行仿真分析,理论上确保设计的可行性。同时完成测试用液压源的设计,并应用AMESim软件对液压系统进行仿真分析,研究液压系统的压力特性。然后,在博途平台上,应用SIMATIC Step 7 V12软件模拟出电子测试单元、水下控制模块和信号发生装置,并对水下控制模块的内部状态以及信号发生装置的内部参量进行模拟仿真分析,验证电子测试单元和信号发生装置的有效性,确保通讯的设置和程序的编写无误。再者,研究水下阀门典型执行器模拟器的工作原理和结构特点,求解与其工作可靠性、使用寿命和成本相关的三个目标函数的最优问题,求得最优解集,绘出最优曲线,并研究其优化特性。同时研究水下步进执行器模拟器控制系统的工作原理,求解其控制系统的传递函数,并在MATLAT平台上对其进行仿真分析,采取相应的措施,改善其响应特性,使之满足控制的要求。最后,根据SCM的测试需求,应用SCM测试台、测试用液压动力源、电子测试单元、信号发生装置和阀门执行器模拟器对SCM进行实验测试。研究SCM的测试方法,检验SCM的控制和监测功能,并在此基础上校核信号发生装置和电子测试单元的控制作用,并检验SCM测试台和测试用液压动力源液压系统的有效性。