基于干扰观测器的导向钻井稳定平台控制

发布时间：2021-11-21 14:35

　　导向钻井稳定平台是旋转导向钻井工具中的关键环节,对其准确、快速的控制直接决定了钻井的效率和可靠性。由于井下复杂多变的环境以及各种摩擦的影响,要建立准确的稳定平台数学模型是比较困难的,因此一些传统的控制策略已经不能满足对导向钻井稳定平台的控制要求。本文应用了干扰观测器和滑模变结构控制理论相结合的控制方法,实现了对导向钻井稳定平台的控制。针对旋转导向钻井稳定平台存在的摩擦问题带来的不确定性以及受到的各种未知的扰动,提出了基于干扰观测器（Disturbance observer,DOB）的导向钻井稳定平台控制,以简单的结构和少量的计算代价来实现对干扰的抑制。用PIDDOB来抑制系统所受到的不确定干扰,以满足系统性能的控制要求。采用Lugre模型在matlab下仿真,研究了控制系统在非线性因素影响下的控制效果,并且分析了在参数摄动和未知干扰力矩的变化作用下的稳定平台系统鲁棒性。通过设计干扰观测器补偿稳定平台未知干扰以及内部模型的误差,提高了系统的抗干扰能力。通过对控制策略进行仿真,实验结果表明,在该控制方法下,导向钻井稳定平台系统能够抑制外部扰动,在一定程度上克服了非线性的影响以及参数摄动的影... 

【文章来源】：西安石油大学陕西省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

稳定平台控制系统结构框图

图 2-2 稳定平台闭环控制系统框图从图 2-2 可以看出，稳定平台输入的是预设的工具面角。输出的是实际测量所得的设备水平角度，把控制轴的角速率和工具面角作为系统的回馈。从系统方框图可以看出，该系统有两个回环即位置环和速率环。外环是位置环，实际的工具面角由加速度计来获得。内环是速率环，角速率根据陀螺仪来获得；系统先给定一个工具面角，当加速度计一记录到到实测的工具面角与之前设定的工具面角不同时，内环就会受到由于工具面角偏差导致的电压信号的作用，这就等于使当前内环的给定值发生了变化。该信号经过PWM 电路的脉冲宽度调制以后作用在 MOS 管上，下发电机的电磁力距根据电枢电流的变化而变化，驱动上盘阀旋转使其控制轴的方向发生变化，直到工具面角误差变为零。2.1.3 稳定平台控制系统的特征稳定平台是旋转导向钻井井下工具系统的一个重要环节，它是一个通过轴承固定在工具内部的可以自由转动的平台，根据地面控制指令及安装在平台内部的传感器信息和程序控制偏置导向机构的动作进行导向钻井工作。和航空航天等应用领域比较，导向钻井稳定平台具有以下主要特点：

第二章 旋转导向钻井稳定平台控制系统原理及建模电流和电磁力矩的比例常数为：0.22(/)75018260NmAIMKeE 输出轴上的电磁力矩602 nPPMmme ，且 Pm 是机器的功率，Ω是设轴的转动速度。台的广义受控对象结构如图 2-3 所示。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3509690