连续波泥浆脉冲器控制软件开发
发布时间：2021-01-06 21:53
在随钻测量技术的泥浆脉冲传输技术中,连续波泥浆脉冲器是可以实现测量数据高速传输的前沿技术装置,驱动其核心部件转阀运动的永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）的动态性能对井下信息传输质量有着重要影响,其中转阀运动时受到井下时变水力转矩的影响,会降低脉冲器电机的运行性能。为此本文在鲁棒性较好的滑模控制的基础上提出了一种不增加任何额外参数的改进型趋近律,并据此设计出速度环控制器应用于脉冲器电机矢量控制中,仿真结果表明该改进型趋近律不仅可以提高系统的动态性能,还有效地削弱了滑模控制固有的抖振。在脉冲器电机矢量控制的软件开发中采用了基于模型的设计（Model Based Development,MBD）方法。利用Matlab/Simulink的Real-Time Workshop（RTW）工具箱、DMC库与C2000支持包建立了PMSM的半实物仿真模型,其中包括中断模型、SCI通信模型、控制器模型、坐标变换模型、SVPWM算法模型、电流测量模型和转子速度与位置测量模型,再利用Matlab自动代码生成技术产生控制软件代码。在实验室搭建以TMS...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
随钻测量工作流程图
第一章绪论3流反应，形成钻井液连续压力脉冲，叶片连续转动，形成连续的正弦压力波，将井下测量信息调制在钻井液脉冲信号上，通过钻柱上传，由地面设备检测脉冲信号，经译码分析了解井下实时工况。但连续波脉冲技术的缺点是信号相对较弱，受噪声干扰影响大，对信号处理系统要求较高。如图1-2所示为连续波泥浆脉冲器工作原理示意图。图1-2连续波泥浆脉冲器工作原理示意图因此，PMSM的运行性能直接决定了钻井液连续压力脉冲的质量与传输速率，从而影响到井下信息的调制与传输。然而脉冲器电机在井下运行时，时刻会受到水力转矩以及温度等变化的影响降低运行性能，难以达到2FSK机械调制时对于电机转速切换性能的需求，导致信息传输速率降低。因此，本课题通过对脉冲器电机控制系统控制策略研究及控制软件进行开发，使得转阀驱动电机能在泥浆变阻力矩作用下，具有优良的动态运行性能，从信源的角度，提高信号质量，进而解决随钻信息泥浆脉冲高速传输问题。对连续波泥浆脉冲器样机的研制和研究自主知识产权的MWD高速数据传输设备提供参考，对打破国外技术垄断有着重要意义。1.2连续波泥浆脉冲器的国内外现状1.2.1连续波泥浆脉冲器的国外现状早在1960年就有专家提出连续波信号传输技术，但目前只有国外的Schlumberger、BakerHughes等公司已经掌握了连续波泥浆脉冲技术，制作出了相关的产品进行实际应用，并且制定了相关的行业标准。Schlumberger公司主要是对连续旋转阀式的泥浆脉冲器进行研究，BakerHughes公司则是对振荡剪切阀式的泥浆脉冲器进行研究，另外Halliburton公司也是对于连续旋转阀的研究，但技术方面相对较不成熟。因此Schlumberger和BakerHughes公司占据了连续波泥浆脉冲器的绝大部分市常Schlumberger公司对Mobil公司研制的仪器进一步?
西安石油大学硕士学位论文10第二章永磁同步电机的数学模型及矢量控制从第一章的分析得出，永磁同步电机的运行性能直接决定了连续波泥浆脉冲器的工作性能，因此选取一个简单有效的控制就显得尤为重要。在众多控制方法中，矢量控制由于其思想简单，控制效果优异而被广泛采用[55]，因此本文选取矢量控制作为泥浆脉冲器电机的基本控制策略。2.1永磁同步电机的坐标系与坐标变换永磁同步电机的数学方程是在三相静止坐标系（ABC）、两相静止坐标系（αβ）和两相旋转坐标系（dq）中建立的，如图2-1所示，图中的θ为A(α)轴与旋转坐标轴d轴的夹角。图2-1基本坐标系其中，两相旋转坐标系以及两相静止坐标系可以将永磁同步电机的三相交流信号转换为两相直流信号，达到矢量控制中将永磁同步电机像直流电机一样控制的目的。而三相交流信号与两相直流信号之间转换的过程就被称为坐标变换，根据幅值不变的条件可以得到以下坐标变换的数学表达式。（1）Clark变换由图2-1可以得到如式（2-1）所示的坐标变换公式。TCBAssTfffffTf2/30（2-1）其中f代表电机的电压、电流或者磁链等变量；ssT2/3为坐标变换矩阵，可表示为式（2-2）所示。2222222323021211322/3ssT（2-2）同理，Clark逆变换的变换矩阵为式（2-3）所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机调速系统变指数趋近律控制[J]. 苗敬利,周重霞,郑大伟. 电气传动. 2019(11)
[2]基于磁场定向控制理论的无刷直流电机控制[J]. 张新荣,林莲,张东升,张军,王赫乾. 电机与控制应用. 2019(11)
[3]基于模糊滑模的机械臂鲁棒轨迹跟踪控制[J]. 鲁彩丽,高宏力,宋兴国,王兆光. 机械设计与制造. 2019(11)
[4]一种改进的PMSM滑模变结构控制策略研究[J]. 张海刚,胡添添,王步来,万衡,徐兵,张东民. 电气传动. 2019(10)
[5]一类欠驱动系统的滑模变结构控制[J]. 于涛,赵伟,杨昆. 控制工程. 2019(10)
[6]基于VSG并网逆变器的模糊滑模控制策略研究[J]. 魏久林,王奔,段瑞林,陈亚菲,张清明,张爽. 电工技术. 2019(15)
[7]一种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法[J]. 董绍江,胡宇,王艳,姜保军,蔡巍巍,江松秦,张潇汀. 北京化工大学学报(自然科学版). 2019(03)
[8]基于新型趋近律的永磁超环面电动机滑模控制[J]. 刘欣,张林. 微特电机. 2019(05)
[9]永磁同步电机滑模调速系统新型趋近律控制[J]. 马畅,冷建伟. 组合机床与自动化加工技术. 2019(04)
[10]一种新型变指数幂次趋近律的设计与分析[J]. 田野,蔡远利. 中国惯性技术学报. 2019(02)
硕士论文
[1]高速泥浆脉冲信号噪声消除方法研究[D]. 黎艺泉.电子科技大学 2019
[2]连续波泥浆脉冲器控制电路的设计[D]. 刘磊.西安石油大学 2018
[3]基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制的研究[D]. 张华.河北工程大学 2018
[4]MWD泥浆脉冲编译码技术研究与实现[D]. 李彩凤.电子科技大学 2018
[5]连续波泥浆脉冲器转阀驱动电机的控制程序开发[D]. 高景景.西安石油大学 2017
[6]剪切阀式连续波信号发生器电机控制系统的研制[D]. 陈雷.哈尔滨工业大学 2017
[7]连续波泥浆脉冲器的驱动电机变阻力矩控制策略的研究[D]. 石文龙.西安石油大学 2016
[8]连续波脉冲器的控制算法与信号处理方法研究[D]. 李建伟.中国石油大学(华东) 2016
[9]连续波脉冲器数据传输技术研究[D]. 刘新欣.中国石油大学(华东) 2014
[10]振荡剪切阀式连续波信号发生器的研制[D]. 李明涛.中国石油大学（华东） 2013
本文编号：2961321
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
随钻测量工作流程图
第一章绪论3流反应，形成钻井液连续压力脉冲，叶片连续转动，形成连续的正弦压力波，将井下测量信息调制在钻井液脉冲信号上，通过钻柱上传，由地面设备检测脉冲信号，经译码分析了解井下实时工况。但连续波脉冲技术的缺点是信号相对较弱，受噪声干扰影响大，对信号处理系统要求较高。如图1-2所示为连续波泥浆脉冲器工作原理示意图。图1-2连续波泥浆脉冲器工作原理示意图因此，PMSM的运行性能直接决定了钻井液连续压力脉冲的质量与传输速率，从而影响到井下信息的调制与传输。然而脉冲器电机在井下运行时，时刻会受到水力转矩以及温度等变化的影响降低运行性能，难以达到2FSK机械调制时对于电机转速切换性能的需求，导致信息传输速率降低。因此，本课题通过对脉冲器电机控制系统控制策略研究及控制软件进行开发，使得转阀驱动电机能在泥浆变阻力矩作用下，具有优良的动态运行性能，从信源的角度，提高信号质量，进而解决随钻信息泥浆脉冲高速传输问题。对连续波泥浆脉冲器样机的研制和研究自主知识产权的MWD高速数据传输设备提供参考，对打破国外技术垄断有着重要意义。1.2连续波泥浆脉冲器的国内外现状1.2.1连续波泥浆脉冲器的国外现状早在1960年就有专家提出连续波信号传输技术，但目前只有国外的Schlumberger、BakerHughes等公司已经掌握了连续波泥浆脉冲技术，制作出了相关的产品进行实际应用，并且制定了相关的行业标准。Schlumberger公司主要是对连续旋转阀式的泥浆脉冲器进行研究，BakerHughes公司则是对振荡剪切阀式的泥浆脉冲器进行研究，另外Halliburton公司也是对于连续旋转阀的研究，但技术方面相对较不成熟。因此Schlumberger和BakerHughes公司占据了连续波泥浆脉冲器的绝大部分市常Schlumberger公司对Mobil公司研制的仪器进一步?
西安石油大学硕士学位论文10第二章永磁同步电机的数学模型及矢量控制从第一章的分析得出，永磁同步电机的运行性能直接决定了连续波泥浆脉冲器的工作性能，因此选取一个简单有效的控制就显得尤为重要。在众多控制方法中，矢量控制由于其思想简单，控制效果优异而被广泛采用[55]，因此本文选取矢量控制作为泥浆脉冲器电机的基本控制策略。2.1永磁同步电机的坐标系与坐标变换永磁同步电机的数学方程是在三相静止坐标系（ABC）、两相静止坐标系（αβ）和两相旋转坐标系（dq）中建立的，如图2-1所示，图中的θ为A(α)轴与旋转坐标轴d轴的夹角。图2-1基本坐标系其中，两相旋转坐标系以及两相静止坐标系可以将永磁同步电机的三相交流信号转换为两相直流信号，达到矢量控制中将永磁同步电机像直流电机一样控制的目的。而三相交流信号与两相直流信号之间转换的过程就被称为坐标变换，根据幅值不变的条件可以得到以下坐标变换的数学表达式。（1）Clark变换由图2-1可以得到如式（2-1）所示的坐标变换公式。TCBAssTfffffTf2/30（2-1）其中f代表电机的电压、电流或者磁链等变量；ssT2/3为坐标变换矩阵，可表示为式（2-2）所示。2222222323021211322/3ssT（2-2）同理，Clark逆变换的变换矩阵为式（2-3）所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机调速系统变指数趋近律控制[J]. 苗敬利,周重霞,郑大伟. 电气传动. 2019(11)
[2]基于磁场定向控制理论的无刷直流电机控制[J]. 张新荣,林莲,张东升,张军,王赫乾. 电机与控制应用. 2019(11)
[3]基于模糊滑模的机械臂鲁棒轨迹跟踪控制[J]. 鲁彩丽,高宏力,宋兴国,王兆光. 机械设计与制造. 2019(11)
[4]一种改进的PMSM滑模变结构控制策略研究[J]. 张海刚,胡添添,王步来,万衡,徐兵,张东民. 电气传动. 2019(10)
[5]一类欠驱动系统的滑模变结构控制[J]. 于涛,赵伟,杨昆. 控制工程. 2019(10)
[6]基于VSG并网逆变器的模糊滑模控制策略研究[J]. 魏久林,王奔,段瑞林,陈亚菲,张清明,张爽. 电工技术. 2019(15)
[7]一种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法[J]. 董绍江,胡宇,王艳,姜保军,蔡巍巍,江松秦,张潇汀. 北京化工大学学报(自然科学版). 2019(03)
[8]基于新型趋近律的永磁超环面电动机滑模控制[J]. 刘欣,张林. 微特电机. 2019(05)
[9]永磁同步电机滑模调速系统新型趋近律控制[J]. 马畅,冷建伟. 组合机床与自动化加工技术. 2019(04)
[10]一种新型变指数幂次趋近律的设计与分析[J]. 田野,蔡远利. 中国惯性技术学报. 2019(02)
硕士论文
[1]高速泥浆脉冲信号噪声消除方法研究[D]. 黎艺泉.电子科技大学 2019
[2]连续波泥浆脉冲器控制电路的设计[D]. 刘磊.西安石油大学 2018
[3]基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制的研究[D]. 张华.河北工程大学 2018
[4]MWD泥浆脉冲编译码技术研究与实现[D]. 李彩凤.电子科技大学 2018
[5]连续波泥浆脉冲器转阀驱动电机的控制程序开发[D]. 高景景.西安石油大学 2017
[6]剪切阀式连续波信号发生器电机控制系统的研制[D]. 陈雷.哈尔滨工业大学 2017
[7]连续波泥浆脉冲器的驱动电机变阻力矩控制策略的研究[D]. 石文龙.西安石油大学 2016
[8]连续波脉冲器的控制算法与信号处理方法研究[D]. 李建伟.中国石油大学(华东) 2016
[9]连续波脉冲器数据传输技术研究[D]. 刘新欣.中国石油大学(华东) 2014
[10]振荡剪切阀式连续波信号发生器的研制[D]. 李明涛.中国石油大学（华东） 2013
本文编号：2961321
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