Cooperatively controlling sinking and floating of mariculture cages

HAN Hao; XIA Yingkai; LI Jiawei; WU Zhe; GUO Zhengjiang

doi:10.13300/j.cnki.hnlkxb.2025.04.026

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Cooperatively controlling sinking and floating of mariculture cages

Food science and agricultural engineering | 更新时间：2026-11-05

- Cooperatively controlling sinking and floating of mariculture cages
- Journal of Huazhong Agricultural University Vol. 44, Issue 4, Pages: 269-279(2025)
- 作者机构：
  
  1.华中农业大学工学院，武汉 430070
  2.农业农村部水产养殖设施工程重点实验室，武汉 430070
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13300/j.cnki.hnlkxb.2025.04.026
  CLC： TP242
- Received：05 July 2024，
  
  Published：05 July 2025
- 稿件说明：
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韩昊，夏英凯，李家伟，等.海水养殖网箱沉浮运动协同控制研究［J］.华中农业大学学报，2025，44（4）：269‐279.

HAN Hao,XIA Yingkai,LI Jiawei,et al.Cooperatively controlling sinking and floating of mariculture cages[J].Journal of Huazhong Agricultural University,2025,44(04):269-279.
韩昊，夏英凯，李家伟，等.海水养殖网箱沉浮运动协同控制研究［J］.华中农业大学学报，2025，44（4）：269‐279. DOI： 10.13300/j.cnki.hnlkxb.2025.04.026.

HAN Hao,XIA Yingkai,LI Jiawei,et al.Cooperatively controlling sinking and floating of mariculture cages[J].Journal of Huazhong Agricultural University,2025,44(04):269-279. DOI： 10.13300/j.cnki.hnlkxb.2025.04.026.

摘要

针对海水养殖网箱沉浮控制问题，开展建模和协同控制策略研究。首先，基于网箱结构、执行机构等对象特性进行分析，建立沉浮动力学模型；其次，基于并联驱动原理，提出一种双闭环主从协同网箱沉浮运动控制策略：外环基于PID主从同步策略实现多压载水舱的协同进水规划；内环依据模糊滑模控制与李雅普诺夫理论，设计高效的进水控制器。最后，通过多工况数字仿真，对压载舱进水控制算法和网箱沉浮协同运动控制方案进行验证。结果表明，提出的控制算法可实现压载舱高效进水控制，且能在不同海浪扰动下实现高精度的沉浮协同控制，可为实际应用提供技术支撑。

Abstract

The control of sinking and floating is an important means to improve the quality of mariculture cages and ensure the safety of aquaculture. However， it is difficult to achieve the accurate control of sinking and floating due to multiple factors including the complex conditions of sea and uneven loads. Modeling and strategies for coordinated control were studied to solve the problem of controlling the sinking and floating of mariculture cages. A dynamic model of sinking and floating was established based on analyzing the characteristics of the structure of cages， actuator， and other objects. A dual closed-loop master-slave strategy for cooperatively controlling the floating of cages was proposed based on the principle of parallel drive. The outer loop implemented collaborative water inflow planning of multi-ballast tanks based on PID master-slave synchronization strategy. An efficient water inlet controller was designed for the inner loop based on fuzzy sliding mode control and Lyapunov theory. The water inlet control algorithm of the ballast tank and the scheme of cooperatively controlling the sinking and floating of cages were verified by digitally simulating the multiple conditions of working. The results showed that the control algorithm proposed achieved efficient water inflow control of ballast tanks and coordinated control of sinking and floating with high-precision under different disturbances of wave. It will provide technical support for the practical applications of the coordinated control of sinking and floating of mariculture cages.

关键词

Keywords

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袁军亭，周应祺．深水网箱的分类及性能［J］.上海水产大学学报，2006，15（3）：3350-3358. YUAN J T，ZHOU Y Q.Classification of offshore fish cages and their performances［J］.Journal of Shanghai Fisheries University，2006，15（3）：3350-3358 （in Chinese with English abstract） .

郭根喜.我国深水网箱养殖产业化发展存在的问题与基本对策［J］.南方水产，2006，2（1）：66-70. GUO G X.The existing problem and basic countermeasure in the industrialization development of deep-water net cage culture in China［J］.South China fisheries science，2006，2（1）：66-70 （in Chinese with English abstract） .

KIM T H，YANG K U，HWANG K S，et al.Automatic submerging and surfacing performances of model submersible fish cage system operated by air control［J］.Aquacultural engineering，2011，45（2）：74-86.

MOLNAR L，TOAL D.A control system development for submersible sea cage system［C］//OCEANS 2007.September 29-October 4，2007.Vancouver，BC.New York：IEEE，2007：1-11.

LEE P G.Process control and artificial intelligence software for aquaculture［J］.Aquacultural engineering，2000，23（1/2/3）：13-36.

LEE P G，LEA R N，DOHMANN E，et al.Denitrification in aquaculture systems：an example of a fuzzy logic control problem［J］.Aquacultural engineering，2000，23（1/2/3）：37-59.

王剑鸿.新型可潜降深水网箱控制系统研究［D］.杭州：浙江大学，2022.WANG J H.Research on a new control system of submersible deep water cage［D］.Hangzhou：Zhejiang University，2022 （in Chinese with English abstract） .

付宗国.深水可移动网箱模糊控制系统研究［D］.舟山：浙江海洋学院，2014.FU Z G.Research on fuzzy control system of deep-water movable cage［D］.Zhoushan：Zhejiang Ocean University，2014 （in Chinese with English abstract） .

徐根，夏英凯，李家伟，等.大型水下并联机器人的多绞车协同控制［J］.船舶工程，2023，45（8）：15-25. XU G，XIA Y K，LI J W，et al.Multi-winch collaborative control of large-scale underwater parallel robot［J］.Ship engineering，2023，45（8）：15-25 （in Chinese with English abstract） .

谭跃，邱赤东，姜培元.自升式海洋平台自动平衡控制的研究［J］.大连海事大学学报，2000，26（2）：95-97. TAN Y，QIU C D，JIANG P Y.A research on automatic balance control of sea-flat［J］.Journal of Dalian Maritime University，2000，26（2）：95-97 （in Chinese with English abstract） .

汪鸣明，黄建忠，蒋莹莹.海上钻井平台升降系统的控制方案研究［J］.机电一体化，2013，19（7）：34-39. WANG M M，HUANG J Z，JIANG Y Y.Research of offshore drilling platform lift system control program［J］.Mechatronics，2013，19（7）：34-39 （in Chinese with English abstract） .

姬文超.自升式海洋平台多电机升降同步控制系统研究［D］.湛江：广东海洋大学，2022.JI W C.Research on synchronous control system of multi-motor lifting of jack-up offshore platform［D］.Zhanjiang：Guangdong Ocean University，2022 （in Chinese with English abstract） .

何新霞，史蕾.自升式海洋钻井平台升降装置同步控制［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2018，42（1）：149-156. HE X X，SHI L.Synchronous control of jacking system of jack-up offshore drilling platform［J］.Journal of China University of Petroleum（edition of natural science），2018，42（1）：149-156 （in Chinese with English abstract） .

孙俊.基于改进GPC多桩腿海洋平台升降同步控制系统研究［D］.湛江：广东海洋大学，2021.SUN J.Research on synchronous control system of multi-leg offshore platform lifting based on improved GPC［D］.Zhanjiang：Guangdong Ocean University，2021 （in Chinese with English abstract） .

史蕾.自升式海洋平台升降系统同步控制研究［D］.青岛：中国石油大学（华东）， 2015.SHI L. Lift system of jack-up platform synchronization control study［D］.Qingdao：China University of Petroleum（East China），2015 （in Chinese with English abstract） .

刘乾坤，刘皞春，罗艳媚，等.自升式海洋平台平衡升降控制策略及试验［J］.船舶工程，2020，42（3）：100-104. LIU Q K，LIU H C，LUO Y M，et al.Equilibrium lifting control strategy and test of jack-up offshore platform［J］.Ship engineering，2020，42（3）：100-104 （in Chinese with English abstract） .

金奎，徐国华，赵寅，等.水下平台进水下潜过程的稳定性控制［J］.船舶工程，2015，37（3）：78-82. JIN K，XU G H，ZHAO Y，et al.Stable control of ballast-filling process of underwate r platform［J］.Ship engineering，2015，37（3）：78-82 （in Chinese with English abstract） .

李蔚，时忠民，谭家华.桶形基础平台海上沉放安装［J］.海洋工程，2001，19（1）：19-23.LI W，SHI Z M，TAN J H.Self-ballast submergence installation of bucket-foundation platform at sea［J］.The ocean engineering，2001，19（1）：19-23 （in Chinese with English abstract） .

吴海彬.基于半物理仿真的海上平台沉浮运动研究［D］.杭州：浙江大学，2002.WU H B.Research on ups and downs of offshore platforms based on semi-physical simulation［D］.Hangzhou：Zhejiang University，2002 （in Chinese with English abstract） .

强宝民，刘保杰.电液比例阀控液压缸系统建模与仿真［J］.起重运输机械，2011（11）：35-39. QIANG B M，LIU B J.Electro-hydraulic proportional valve hydraulic cylinder system modeling and simulation［J］.Hoisting and conveying machinery，2011（11）：35-39 （in Chinese with English abstract） .

董秋军.基于Kalman滤波器的动力定位系统非线性控制方法［D］.大连：大连海事大学，2017.DONG Q J.Nonlinear control method of dynamic positioning system based on Kalman filter［D］.Dalian：Dalian Maritime University，2017 （in Chinese with English abstract） .

叶松，陈永冰，周岗，等.海浪干扰对船舶航向影响规律研究［J］.舰船电子工程，2015，35（1）：65-67. YE S，CHEN Y B，ZHOU G，et al.Effect of waves interference on ship course［J］.Ship electronic engineering，2015，35（1）：65-67 （in Chinese with English abstract） .

FAN Y S，SUN X J，WANG G F，et al.On fuzzy self-adaptive PID control for USV course［C］//2015 34th Chinese Control Conference （CCC）.July 28-30，2015.Hangzhou，China.Hangzhou：IEEE，2015：8472-8478.

徐雪峰，王益民，赵光. 海浪干扰主频率辨识算法研究［C］//2018年数字化造船学术交流会议.广州：中国造船工程学会，2018： 432-436.XU X F，WANG Y M，ZHAO G. Research on the main frequency identification algorithm of ocean wave interference［C］//2018 Digital Shipbuilding Academic Exchange Conference. Guangzhou：CSNAME，2018：432-436 （in Chinese with English abstract） .

车志宣.高海况船舶航向控制方法研究［D］.荆州：长江大学，2023.CHE Z X.Research on course control method of ships in high sea conditions［D］.Jingzhou：Yangtze University，2023 （in Chinese with English abstract） .

李文正，何治斌，张洪富，等.四种海况下船舶推进电机建模与仿真［J］.计算机应用与软件，2023，40（5）：90-96. LI W Z，HE Z B，ZHANG H F，et al.Modeling and simulation of marine propulsion motor under four sea conditions［J］.Computer applications and software，2023，40（5）：90-96 （in Chinese with English abstract） .

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