升沉补偿系统是保证水力提升式深海采矿系统正常工作的关键装置。目前,对应用于深海采矿的升沉补偿系统的研究较少,且限于补偿精度高、需要外界提供能量的主动补偿系统的研究。但实际上,由于深海采矿升沉补偿系统要求的补偿精度不高,探讨不消耗动力、节能简单的被动系统是很有意义的。针对5000m中国大洋多金属结核采矿系统,提出了一种带蓄能器的被动升沉补偿系统。综合利用数学建模及多领域联合仿真建模的研究方法,研究了系统工作过程中的主要影响因素,系统的控制效果,系统在随机波作用下的响应,蓄能器接入系统的方式对系统的影响,分析了补偿率无法进一步有效提升的原因,进行了改进系统的探索性研究。本文的主要成果及结论如下:1、根据升沉补偿作业条件,运用数值模拟的方法得出了四级海况下的随机波及采矿船的响应,提出了带蓄能器的被动补偿系统,分析了被动系统的工作原理及工作特点,设计了系统的主要参数;2、建立了被动系统工作过程数学模型,讨论了系统主要影响因素,完成了相应参数的设计选取,研究了系统的控制效果;研究结果表明,取蓄能器体积20 m~3,管道直径0.05m,管道长度0.5m的被动系统,对我国矿区四级海况下,海浪能量集中频段,有较好的补偿效果;随机波作用下,系统补偿率大于80%;3、利用多领域联合仿真建模的方法,建立了升沉补偿系统的通用仿真模型,探讨了蓄能器接入系统的方案,结果表明,系统中先接入负载,后接入蓄能器,且蓄能器采用分段预充的方法是一种较优方案;分析了被动系统的补偿过程,结果表明,调节蓄能器和油缸内的压力变化,可以提升补偿系统的补偿能力;4、提出了一种带节流阀的改进型被动升沉补偿系统,研究了系统在不同海浪频率下的补偿特性;研究结果表明,系统添加固定开度的节流阀后,对低频海浪有较好的抑制作用。5、建立了基于LabVIEW的升沉补偿蓄能器性能试验系统,实验验证了蓄能器对升沉补偿系统的作用效果。