基于模糊PID的牙轮钻机推进回转控制的研究

发布时间：2017-08-18 13:06

  本文关键词：基于模糊PID的牙轮钻机推进回转控制的研究

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【摘要】：牙轮钻机的钻进控制系统在很大程度上决定了钻机的性能,目前国内液压钻机普遍采用了节流调速方式[1],因此存在能量利用效率低、钻进控制效果较差的问题,本文采用容积调速方案,通过调整变量泵的排量进行压力或流量调节,适应钻进作业时负载的变化。钻机作业的地质构造复杂,传统的压力直接反馈控制方式,应对复杂钻进工况时表现的效果较差,使用电液比例控制方式,将其转化为压力-电反馈,实现对压力、速度、位移、转矩等参数的调整与补偿,保证高效作业的同时,使钻进过程更加平稳、可靠。本文首先分析液压元件的工作原理,建立了液压分立元件的传递函数模型,并使用MATLAB/Simulink搭建液压系统整体数学模型,分析其开环阶跃响应特性;进一步使用AMESim对液压功能部件与整个回路进行物理建模,两类模型互相验证其正确性与准确性。基于物理型式的建模在直观性、准确性上具有明显优势,因此后文着重采用该方式对系统特性进行分析。传统PID控制器结构简单、鲁棒性好,缺点是当系统处于运行状态时,控制器的所有参数固定不变,在应对复杂多变的工况时,不能保持参数最优。因此本文使用PID算法为对照组,另外设计了模糊自适应PID算法,实现PID控制器相关参数的在线实时调整,结合AMESim与Simulink分别在物理建模与控制分析上的优势,对液压钻进控制系统进行仿真与分析,最终得到的结果符合预期的效果,在一定程度上提升了钻进控制系统的性能。
【关键词】：模糊PID AMESim 钻进控制 Simulink
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD422.1;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 本课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-14
• 1.2.1 国外牙轮钻机研究现状11-13
• 1.2.2 国内牙轮钻机研究现状13-14
• 1.3 课题研究目的和意义14-15
• 1.4 本课题主要研究的内容15-18
• 第2章 推进回转控制系统工况适应方案18-30
• 2.1 牙轮钻机钻进原理与结构型式18-20
• 2.1.1 加压提升系统型式18-19
• 2.1.2 回转系统型式19-20
• 2.2 牙轮钻机液压系统设计20-26
• 2.2.1 牙轮钻机液压调速系统类型20-22
• 2.2.2 液压系统的工作原理22-24
• 2.2.3 加压提升回路24-25
• 2.2.4 液压系统回转回路25-26
• 2.3 液压系统设计计算26-29
• 2.3.1 加压系统计算26-28
• 2.3.2 回转系统计算28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 牙轮钻机推进回转系统理论分析30-46
• 3.1 钻机回转加压闭环控制系统方案30-32
• 3.1.1 液压系统建模常用方法30-31
• 3.1.2 钻机钻进控制系统整体设计31-32
• 3.2 钻机加压系统元件的Simulink建模32-44
• 3.2.1 电液比例变量机构建模32-40
• 3.2.2 泵-加压马达建模40-42
• 3.2.3 泵-回转马达建模42-44
• 3.3 本章小结44-46
• 第4章 液压系统分析与仿真46-60
• 4.1 电液比例阀动态特性的分析46-48
• 4.2 轴向柱塞变量泵48-53
• 4.3 钻机液压主回路53-59
• 4.3.1 两类模型的动态响应对比53-57
• 4.3.2 主回路系统的分析57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 控制器算法及仿真60-78
• 5.1 模糊自适应PID控制60-63
• 5.1.1 PID控制器的工作原理60-61
• 5.1.2 模糊控制原理61-62
• 5.1.3 模糊自适应PID控制原理62-63
• 5.2 自适应PID模糊控制器设计63-70
• 5.2.1 加压系统模糊控制器设计63-68
• 5.2.2 回转系统模糊控制器设计68-70
• 5.3 加压系统自适应模糊PID控制仿真70-76
• 5.4 回转系统自适应模糊PID控制仿真76-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第6章 总结和展望78-80
• 6.1 总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84

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本文编号：694720