基于模糊PID钻机柴油发电机组优化控制方法的研究

发布时间：2022-02-25 21:42

　　近年来,随着国内陆地、沙漠及海上油田的不断开发,油气田勘探开发技术也随之不断提高。对钻机现场的配套装备也提出了更高的要求:石油钻机装备也要实现更自动化、智能化和网络化。柴油发电机组的传统控制系统在非线性因素或者负载在大范围内变化的情沉下,可能不能及时做出有效的应对,因此传统控制在保证系统具有较好的动态和静态性能方面,还需要进一步提高。出于对钻机动力系统的稳定性、可靠性以及经济性的考虑,本课题在钻机柴油发电机组控制领域应用一种新的控制方法,新的控制方法有简单、精度高、鲁棒性好等优点,对维持柴油机的转速以及同步发电机的电压的稳定,保证动力系统及其负载的正常稳定工作有着极其重要的意义。本文首先对柴油机调速系统和发电机励磁系统的控制原理进行分析,建立柴油发电机各部分的数学模型,并且采用模糊PID控制方法设计控制器。在MATLAB/Simulink仿真软件环境下建立调速系统模型、励磁系统模型和综合控制模型。根据钻机的正常钻进和起下钻工况,对系统进行突加和骤减负载仿真试验。试验结果表明,在钻机柴油发电机控制领域,模糊PID的控制效果明显优于传统的PID控制。在调速性能方面,调节速度快,波动峰值小,... 

【文章来源】：西安石油大学陕西省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究的背景与意义
    1.2 钻机的组成
        1.2.1 石油钻机的动力模块
        1.2.2 石油钻机的钻井模块
        1.2.3 石油钻机的循环模块
    1.3 石油钻机电气控制系统的发展
    1.4 柴油发电机的发展概况
        1.4.1 柴油发电机组调速技术
        1.4.2 柴油发电机组励磁技术
    1.5 论文的主要工作与内容
第二章 柴油发电机组的系统控制策略
    2.1 系统控制策略
    2.2 PID控制算法原理
    2.3 模糊控制的基本原理与结构
    2.4 模糊PID控制器的设计
        2.4.1 模糊PID控制器的原理
        2.4.2 模糊PID控制器的结构
        2.4.3 量化因子的确定和模糊量的精确化
        2.4.4 隶属度函数的确定
        2.4.5 模糊规则的建立
    2.5 本章小结
第三章 柴油机及调速控制系统
    3.1 柴油发电机组数学模型的建立
    3.2 调速控制系统的数学模型
        3.2.1 柴油机的简化数学模型
        3.2.2 柴油机调速器的原理与分类
        3.2.3 柴油机调速器的数学模型
    3.3 传统PID与模糊PID控制模型的建立
        3.3.1 传统PID控制模型的建立
        3.3.2 模糊PID控制模型的建立
        3.3.3 调速系统仿真模型的建立
        3.3.4 调速参数的设置
    3.4 调速系统仿真及结果分析
        3.4.1 突加静态负载
        3.4.2 突减静态负载
    3.5 本章小结
第四章 同步发电机及励磁系统
    4.1 同步发电机简化数学模型
        4.1.1 Park变换
        4.1.2 同步发电机的标幺化处理
        4.1.3 同步发电机的数学模型
    4.2 励磁系统原理
    4.3 励磁系统各组成部分数学模型
    4.4 同步发电机及励磁系统仿真模型的建立
        4.4.1 励磁系统仿真模型的建立
        4.4.2 励磁系统参数的设置
    4.5 励磁系统仿真及结果分析
        4.5.1 突加静态负载
        4.5.2 突减静态负载
    4.6 本章小结
第五章 柴油发电机综合控制系统
    5.1 负载数学模型
        5.1.1 钻机的负载特性
        5.1.2 钻机负载的数学模型
    5.2 柴油发电机综合控制系统
        5.2.1 综合控制系统的数学模型
        5.2.2 综合控制系统的仿真模型
        5.2.3 综合控制系统的参数的确定
    5.3 综合控制系统仿真及结果分析
    5.4 小结
第六章 柴油发电机组并联控制系统
    6.1 柴油发电机并联运行研究
        6.1.1 并联运行条件
        6.1.2 投入并联的方法
    6.2 并联柴油发电机组的数学模型
    6.3 并联柴油发电机组仿真模型的建立
    6.4 柴油发电机组并联仿真结果与分析
    6.5 小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]大型光伏储能电站与同步发电机励磁的非线性协调控制策略[J]. 刘松,李啸骢,陈登义.  电力自动化设备. 2020(05)
[2]柴油发电机组并联运行分析与综合控制的研究[J]. 陈传勇.  内燃机与配件. 2020(08)
[3]柴油发电机组并联运行典型故障及原因分析[J]. 张翠霞.  中国修船. 2020(01)
[4]纳米材料在水基钻井液中的国外研究现状及展望[J]. 马毅超.  精细与专用化学品. 2019(02)
[5]同步发电机场路耦合模型的参数化建立方法[J]. 刘智慧,肖士勇,孙晓波,王庆东,李海成.  哈尔滨理工大学学报. 2018(06)
[6]同步发电机励磁系统模型参数离线辨识自动寻优方法[J]. 沈小军,李梧桐,乔冠伦,李福兴,苏磊.  电工技术学报. 2018(18)
[7]船用发电柴油机调速器的数学建模和仿真研究[J]. 陈坚.  系统仿真学报. 2018(03)
[8]柴油发电机组并联运行典型故障分析[J]. 张洁.  中国修船. 2018(01)
[9]全液压车载钻机给进回路负载特性分析及设计[J]. 常江华,凡东,田宏亮.  煤田地质与勘探. 2017(06)
[10]7000m连续起下钻及连续循环智能钻机技术研究[J]. 王定亚,叶强,张强,张志伟,李慧莹,惠川川.  石油机械. 2017(06)

博士论文
[1]微电网中虚拟同步发电机并联控制技术研究[D]. 温烨婷.湖南大学 2018

硕士论文
[1]船用发电柴油机及其控制系统的数学建模与仿真研究[D]. 于辉.大连海事大学 2019
[2]柴油发电机组控制系统研究[D]. 李杰群.安徽工程大学 2018
[3]舰船双电站并联运行控制及稳定性研究[D]. 王飞虎.江苏科技大学 2018
[4]交流变频石油钻机自动钻进的模糊PID控制研究[D]. 王焕宇.兰州理工大学 2018
[5]石油钻机井架起升过程动态特性分析[D]. 邓仁明.西南石油大学 2016
[6]石油钻机电气控制系统功能优化设计[D]. 周骥.西安建筑科技大学 2014
[7]大庆油田钻井设备管理系统的设计与开发[D]. 魏代秀.电子科技大学 2013
[8]应急柴油发电机组仿真研究[D]. 张淑兴.大连理工大学 2009
[9]石油钻机恒钻压自动送钻系统研究[D]. 崔丽琼.兰州理工大学 2007



本文编号：3643936