永磁直驱钻井电机内模控制的应用研究
发布时间：2022-01-13 15:43
目前石油钻井设备仍然采用异步电机连接减速机的驱动模式,由于减速机齿轮等机械原因降低了系统的传动效率,增加了钻井的成本。而永磁同步电机与同容量的异步电机比较,具有更高的功率因数。本文结合钻井设备低速大扭矩的特性及其对电机直驱的需求,以表贴式永磁同步电机为研究对象,对其矢量控制系统及内模控制技术展开研究。针对永磁同步电机耦合电势的存在使得轴电流控制精度下降,进而影响转速和转矩的控制性能,引入基于内模解耦的永磁同步电机矢量控制策略,实现对d-q轴电流的解耦。仿真分析表明,内模解耦控制可以有效的减小d-q轴电流的耦合,提高电流的动态响应品质;内模解耦控制提高了转矩控制精度,实现了高性能的转矩控制。鉴于内模控制只有一个可调参数λ,钻井过程中受到的各种扰动制约了控制系统性能的进一步提升,影响了内模控制在钻井工程中的应用。针对这一问题,设计了一种二自由度内模控制器,其中反馈控制器用来实现对扰动和模型误差产生的偏差进行补偿,通过调节参数λ1来调节控制器的抗干扰性;前馈控制器主要完成对给定信号的跟踪,通过调节参数λ2来调节控制器的跟踪性,从而实现控制系统抗干扰...
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石油钻井系统
第三章 永磁直驱钻井电机内模解耦控制的研究根据钻井现场工程经验，结合被控对象（永磁同步电机）的传递函数，选取( )sM 1.2, 2，对应的控制系统的幅值裕度为 6.0 2.0 ，相位裕度为 49.2 29.0 。综上所述，相比于 PID 整定过程，内模控制器仅需调整一个参数即可实现对整个控制器的整定。3.5.2 电流环耦合情况及内模解耦控制仿真分析本节通过仿真表贴式永磁同步电机在不同转速下 d-q 轴电流的动态响应来观察永磁同步电机电流的耦合现象，仿真模型如图 3.6 所示。电机参数按表 3-1 设置。转速闭环和电流环采样周期以及系统的计算步长均为1.4s，转速闭环采用 PI 控制器，参数设置spK0.08；siK 153；输出限幅为 9 A。电流阶跃给定为最大值 9A，电流环参数选取最为适合的 PI 参数。
东北石油大学工程硕士专业学位论文通过上述仿真验证了 PMSM 电流环内模解耦控制的可行性，仿真结果表明，同等条件下，内模控制器可以削弱 d-q 轴电流耦合部分的影响，提高电流的动态响应品质。3.5.3 内模解耦控制输出转矩仿真对比钻井过程中各种因素造成的扰动，都会引起电机电流波动，电流产生的波动以输出转矩数值变化的形式反映出来。电流环解耦控制可使得电机 d-q 轴电流解耦动态性能更好，其最终目的是控制电机的转矩，故除了关注电流的动态响应，还应对电机的解耦前后的动态输出转矩进行仿真分析。图 3.10 表示电机以初始转速为零空载启动，在 0.2s，0.6s，1.0s 时刻的初始转速为 0r min，40 ，80r min时 PMSM 内模解耦前后转矩动态响应的仿真对比波形。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钻井顶驱装置的转速与扭矩控制分析[J]. 谭飞. 中国石油和化工标准与质量. 2018(05)
[2]永磁直驱顶驱钻机转速精准控制的探讨[J]. 李超,翁伟,郭坤,刘家荣. 地质装备. 2018(01)
[3]多变量过程二自由度控制器的设计[J]. 雷帅,赵志诚,张井岗. 控制工程. 2018(02)
[4]位置伺服系统的分数阶二自由度内模控制[J]. 陈高华,闫献国,赵志诚. 控制工程. 2018(02)
[5]混合励磁同步电机及其控制技术综述与发展趋势[J]. 王毅,包西平. 微电机. 2017(09)
[6]基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法[J]. 尹忠刚,张迪,蔡剑,杜超,钟彦儒. 电工技术学报. 2017(21)
[7]永磁同步电机变频调速系统的内模控制[J]. 李明辉. 电气自动化. 2017(04)
[8]石油钻井电机间接矢量控制策略研究[J]. 李治钢. 石油矿场机械. 2017(04)
[9]永磁同步曳引机变频调速系统的内模控制[J]. 李明辉. 电机与控制应用. 2017(07)
[10]对中国石油行业“十三五”发展的几点看法——兼谈《石油发展“十三五”规划》[J]. 杜伟. 国际石油经济. 2017(04)
博士论文
[1]永磁同步电机伺服系统的转速控制策略研究[D]. 左月飞.南京航空航天大学 2016
[2]钻柱粘滑振动非线性特征分析与鲁棒控制研究[D]. 巩全成.西北工业大学 2016
[3]地质深孔电动顶驱钻进系统的研究与应用[D]. 朱江龙.中国地质大学(北京) 2015
硕士论文
[1]多变量系统的内模控制及干扰抑制研究[D]. 贾布衣.北京化工大学 2017
[2]户式变频空调压缩机矢量控制研究[D]. 林雨晴.东北石油大学 2017
[3]基于非线性内模设计的永磁同步电机速度控制研究[D]. 马晴川.合肥工业大学 2017
[4]内置式永磁同步电机的电流控制策略研究[D]. 干兴业.南京航空航天大学 2017
[5]永磁同步电机转速环PI控制策略研究[D]. 符慧.南京航空航天大学 2017
[6]钻井电机无位置传感器控制研究[D]. 张宇昕.郑州大学 2016
[7]直驱顶驱用永磁同步电动机设计研究[D]. 赵建波.中国石油大学（华东） 2013
本文编号：3586712
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石油钻井系统
第三章 永磁直驱钻井电机内模解耦控制的研究根据钻井现场工程经验，结合被控对象（永磁同步电机）的传递函数，选取( )sM 1.2, 2，对应的控制系统的幅值裕度为 6.0 2.0 ，相位裕度为 49.2 29.0 。综上所述，相比于 PID 整定过程，内模控制器仅需调整一个参数即可实现对整个控制器的整定。3.5.2 电流环耦合情况及内模解耦控制仿真分析本节通过仿真表贴式永磁同步电机在不同转速下 d-q 轴电流的动态响应来观察永磁同步电机电流的耦合现象，仿真模型如图 3.6 所示。电机参数按表 3-1 设置。转速闭环和电流环采样周期以及系统的计算步长均为1.4s，转速闭环采用 PI 控制器，参数设置spK0.08；siK 153；输出限幅为 9 A。电流阶跃给定为最大值 9A，电流环参数选取最为适合的 PI 参数。
东北石油大学工程硕士专业学位论文通过上述仿真验证了 PMSM 电流环内模解耦控制的可行性，仿真结果表明，同等条件下，内模控制器可以削弱 d-q 轴电流耦合部分的影响，提高电流的动态响应品质。3.5.3 内模解耦控制输出转矩仿真对比钻井过程中各种因素造成的扰动，都会引起电机电流波动，电流产生的波动以输出转矩数值变化的形式反映出来。电流环解耦控制可使得电机 d-q 轴电流解耦动态性能更好，其最终目的是控制电机的转矩，故除了关注电流的动态响应，还应对电机的解耦前后的动态输出转矩进行仿真分析。图 3.10 表示电机以初始转速为零空载启动，在 0.2s，0.6s，1.0s 时刻的初始转速为 0r min，40 ，80r min时 PMSM 内模解耦前后转矩动态响应的仿真对比波形。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钻井顶驱装置的转速与扭矩控制分析[J]. 谭飞. 中国石油和化工标准与质量. 2018(05)
[2]永磁直驱顶驱钻机转速精准控制的探讨[J]. 李超,翁伟,郭坤,刘家荣. 地质装备. 2018(01)
[3]多变量过程二自由度控制器的设计[J]. 雷帅,赵志诚,张井岗. 控制工程. 2018(02)
[4]位置伺服系统的分数阶二自由度内模控制[J]. 陈高华,闫献国,赵志诚. 控制工程. 2018(02)
[5]混合励磁同步电机及其控制技术综述与发展趋势[J]. 王毅,包西平. 微电机. 2017(09)
[6]基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法[J]. 尹忠刚,张迪,蔡剑,杜超,钟彦儒. 电工技术学报. 2017(21)
[7]永磁同步电机变频调速系统的内模控制[J]. 李明辉. 电气自动化. 2017(04)
[8]石油钻井电机间接矢量控制策略研究[J]. 李治钢. 石油矿场机械. 2017(04)
[9]永磁同步曳引机变频调速系统的内模控制[J]. 李明辉. 电机与控制应用. 2017(07)
[10]对中国石油行业“十三五”发展的几点看法——兼谈《石油发展“十三五”规划》[J]. 杜伟. 国际石油经济. 2017(04)
博士论文
[1]永磁同步电机伺服系统的转速控制策略研究[D]. 左月飞.南京航空航天大学 2016
[2]钻柱粘滑振动非线性特征分析与鲁棒控制研究[D]. 巩全成.西北工业大学 2016
[3]地质深孔电动顶驱钻进系统的研究与应用[D]. 朱江龙.中国地质大学(北京) 2015
硕士论文
[1]多变量系统的内模控制及干扰抑制研究[D]. 贾布衣.北京化工大学 2017
[2]户式变频空调压缩机矢量控制研究[D]. 林雨晴.东北石油大学 2017
[3]基于非线性内模设计的永磁同步电机速度控制研究[D]. 马晴川.合肥工业大学 2017
[4]内置式永磁同步电机的电流控制策略研究[D]. 干兴业.南京航空航天大学 2017
[5]永磁同步电机转速环PI控制策略研究[D]. 符慧.南京航空航天大学 2017
[6]钻井电机无位置传感器控制研究[D]. 张宇昕.郑州大学 2016
[7]直驱顶驱用永磁同步电动机设计研究[D]. 赵建波.中国石油大学（华东） 2013
本文编号：3586712
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