钻柱升沉补偿系统是保证超深浮式钻井能正常进行的必需装置之一。根据执行机构不同，升沉补偿系统可分为液压缸型和绞车型。绞车型升沉补偿系统的原理是通过控制绞车滚筒的正转和反转而实现升沉补偿，补偿行程不限，体积小，且兼有钻井绞车的功能，故应用前景好。　　国外对绞车型升沉补偿系统研究比较深入，在海洋钻井平台上有多年的应用经验。但是国内对绞车型升沉补偿系统的研究起步较晚，目前正处于原理探究和方案设计阶段，而实际的生产研发周期长、费用高，借助虚拟样机技术正好可以解决这些问题。　　本文以绞车型升沉补偿系统为研究对象，运用SolidWorks和ADAMS建立了绞车体虚拟样机，结合AMESim软件建立了机械-液压联合仿真模型，对所设计的绞车体进行工况分析，验证其结构设计的合理性，研究补偿系统动态特性的影响因素。为了提高液压驱动系统的响应速度，针对变转速-变排量的直驱容积系统两个控制变量存在相乘非线性的特点，建立了系统的数学模型，利用反馈线性化方法进行线性化。利用常规 PID控制器对直驱容积系统变转速-变排量、变转速-定排量和定转速-变排量三种控制模式进行了仿真对比分析。借助反馈线性化结果，提出了改进后的 Bang-Bang算法以实现直驱容积系统快速控制，并进行了仿真分析。综合两种算法的优点，提出了Bang-Bang+PID双模控制策略并且进行了仿真分析。搭建了直驱容积系统实验台，对常规PID控制和Bang-Bang+PID双模控制的仿真结果进行了实验研究，对控制算法的调速性能进行了实验验证。　　纵观全文，论文对绞车型升沉补偿系统进行了部分机械样机的结构设计以及液压系统控制策略的优化，从仿真和实验两方面进行了验证分析，结果表明：所设计的绞车体结构合理、虚拟样机模型正确，绞车型升沉补偿系统存在大惯性、大迟滞的问题；直驱容积系统变转速-变排量的双变量控制模式调速性能最好；使用Bang-Bang+PID双模控制策略可以提高直驱容积系统的快速性，该控制器算法简单、控制效果出色，对其他类型的多输入单输出非线性系统控制具有借鉴作用。