实验钻机起升系统控制及仿真研究

发布时间：2017-07-03 19:14

  本文关键词：实验钻机起升系统控制及仿真研究

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【摘要】：石油钻机是一组十分复杂的大型成套设备,各个系统相互配合共同完成石油钻井作业,而起升系统更是其重中之重。通过调研,了解国内外石油钻机起升系统的发展现状和趋势。由于与传统机械钻机起升系统和直流电驱动钻机起升系统相比,交流变频电驱动钻机起升系统有着非常明显的优势和更好的技术性能。当今石油钻机起升系统正在向着交流变频电驱动方向发展,关于交流变频电驱动钻机起升系统的控制方法也在快速的成熟。传统控制方法需要对控制系统建立准确的数学模型才能获得良好的控制质量,而钻机起升系统是一个复杂的机电系统很难获得精确的数学模型,因此很难获得良好的控制质量。针对这种情况,本文采用基于RBF神经网络的自适应控制器,实现交流变频驱动钻机起升系统的智能控制。这种控制方法不需要辨识对象的实际参数,只需要在线检测被控对象的实际输出和期望输出即可完成闭环控制。通过仿真和实验,可以明显看出与常用的传统PID控制相比,神经元自适应控制器反应迅速、振幅较小、稳态误差小等明显优势。在此基础上建立钻机虚拟样机进一步深入研究钻机起升系统动态响应特性。具体工作包括：(1)基于交流电机动态数学模型建立电机模型以及其矢量控制模型；(2)设计神经网络控制方案以及算法,建立神经网络控制器模型,并与传统控制对比说明其优越性；(3)利用PLC技术实现控制所提出的神经网络控制策略；(4)验证神经网络自适应控制仿真的正确性；(5)建立钻机起升系统虚拟样机；(6)利用联合仿真研究进一步深入研究钻机起升动态响应特性。
【关键词】：钻机起升 PLC 交流变频 智能控制 仿真
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE922
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 研究背景8
• 1.2 国内外石油钻机发展状态及趋势8-9
• 1.3 石油钻机交流驱动9-10
• 1.4 本文研究内容及技术路线10-12
• 第2章 实验钻机电机控制策略研究12-30
• 2.1 交流电机动态数学模型12-13
• 2.2 交流电机模型计算13-18
• 2.3 交流电机坐标变换18-20
• 2.4 交流电机矢量控制思路20-22
• 2.5 建立电机控制模型22-29
• 2.5.1 交流电机矢量控制坐标变换22-27
• 2.5.2 电机本体模型27-28
• 2.5.3 交流电机矢量控制模型28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 实验钻机RBF_PI D控制器研究30-51
• 3.1 神经网络30-32
• 3.2 RBF_PID控制器算法设计32-38
• 3.3 建立控制器仿真模型38-43
• 3.3.1 传统PID控制器38-41
• 3.3.2 神经网络PID控制器41-43
• 3.4 控制器仿真结果分析43-50
• 3.4.1 仿真方案设计43-44
• 3.4.2 仿真结果对比与分析44-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 实验钻机RBF_PID控制器PLC系统研究51-79
• 4.1 井架起升系统51-53
• 4.2. 井架起升PLC控制系统53-58
• 4.3 钻柱起升系统58-60
• 4.4 钻柱起升PLC硬件组态及参数设置60-67
• 4.5 RBF_PID控制器PLC程序编写67-68
• 4.6 钻柱起升PLC控制流程68-73
• 4.6.1 系统初始化69-70
• 4.6.2 电机参数设置70-71
• 4.6.3 起升控制71
• 4.6.4 变频器控制71-73
• 4.7 交流电机实验分析73-78
• 4.8 本章小结78-79
• 第5章 实验钻机虚拟样机79-100
• 5.1 钻柱起升参数计算79-82
• 5.2 链传动系统建模82-88
• 5.3 齿轮传动系统建模88-91
• 5.4 提升系统模型建立91-94
• 5.5 起升系统整体装配94-95
• 5.6 链传动分析95-99
• 5.7 本章小结99-100
• 第6章 实验钻机控制系统联合仿真100-108
• 6.1 联合仿真100-104
• 6.2 结果分析104-107
• 6.3 本章小结107-108
• 第7章 结论与展望108-110
• 致谢110-111
• 参考文献111-113
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果113

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