非正交姿态参数的数字解算与实现

发布时间：2017-05-02 01:02

  本文关键词：非正交姿态参数的数字解算与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：旋转导向钻井系统是以旋转导向钻井技术为核心发展起来的新型钻井系统,可提供一整套钻井解决方案。目前国外已经投入使用了多种类型的旋转导向钻井系统,而国内的旋转导向钻井系统仍达不到商业化使用的标准。实时控制井眼轨迹,精确测量钻具的井下姿态参数是实现旋转导向钻井商业化的关键。传统的旋转导向钻井系统是依据正交姿态测量模型对井眼姿态参数进行解算,在实际应用中,小信号电压由于其信号幅值低、抗干扰能力差等原因经常被湮没,导致信号无法精确解算,因此提出了非正交姿态参数的数字解算。针对井场环境的特点,结合姿态参数数字解算的精度要求,设计了基于TMS320F2812的姿态参数数字解算电路。解算电路主要包括控制电路、电压采集电路、放大电路、显示电路等,实现了姿态参数电压信号的采集、解算和显示。利用CCS集成开发环境,结合非正交姿态测量理论模型,编写了非正交姿态参数的解算程序,配合硬件解算电路,实现了井斜角和工具面角的数字解算。同时针对TMS320F2812内置A/D模块无法达到12位采样精度的问题,设计了A/D校正电路,编写了软件校正程序,提高了数字解算的精度。实验结果表明,设计的姿态参数数字解算电路实现了井斜角和工具面角的精确解算,尤其在输入小信号电压时,非正交姿态参数的解算精度明显优于正交姿态参数的解算精度,体现出非正交姿态测量模型具有良好的应用前景。
【关键词】：旋转导向钻井 非正交坐标系 姿态参数 数字解算
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE21
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 旋转导向钻井系统8-12
• 1.1.1 旋转导向钻井系统的国外现状9-10
• 1.1.2 旋转导向钻井系统的国内现状10-11
• 1.1.3 旋转导向钻井系统发展展望11-12
• 1.2 课题研究意义12-13
• 1.3 研究内容13-14
• 第二章 非正交姿态测量理论分析14-22
• 2.1 基于惯性导航的姿态测量技术14-19
• 2.1.1 捷联惯性导航系统14-15
• 2.1.2 坐标变换15-17
• 2.1.3 正交姿态测量模型17-18
• 2.1.4 非正交姿态测量模型18-19
• 2.2 最佳偏置角的确定19-20
• 2.3 非正交姿态参数解算公式20-22
• 第三章 非正交姿态参数数字解算电路的硬件设计22-34
• 3.1 非正交姿态参数的数字解算电路设计22
• 3.2 数字解算电路控制芯片选择22-24
• 3.3 TMS320F2812的芯片介绍24-25
• 3.4 TMS320F2812最小系统25-27
• 3.4.1 电源供电电路设计25-26
• 3.4.2 复位电路及JTAG下载口电路设计26-27
• 3.5 A/D转换模块设计27-32
• 3.5.1 电压采集电路设计27-28
• 3.5.2 电压放大电路和滤波电路设计28-29
• 3.5.3 A/D保护电路设计29
• 3.5.4 A/D校正电路设计29-32
• 3.6 电平转换电路和LCD12864显示电路设计32-34
• 第四章 非正交姿态参数数字解算电路的软件设计34-38
• 4.1 软件设计开发环境介绍34
• 4.2 主程序设计34-35
• 4.3 A/D解算子程序35-36
• 4.4 A/D校正子程序设计36-38
• 4.4.1 中值滤波法36-37
• 4.4.2 误差校正法37-38
• 第五章 姿态参数数字解算电路实验分析38-51
• 5.1 正交姿态参数的实验数据与分析38-45
• 5.1.1 井斜角的实验数据与分析38-40
• 5.1.2 工具面角的实验数据与分析40-44
• 5.1.3 正交姿态参数的实验数据分析结论44-45
• 5.2 非正交姿态参数的实验数据与分析45-51
• 5.2.1 井斜角的实验数据与分析45-46
• 5.2.2 工具面角的实验数据与分析46-50
• 5.2.3 非正交姿态参数的实验数据分析结论50-51
• 第六章 结论及展望51-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-56
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文56-57

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本文编号：339960