導向鉆井穩(wěn)定平臺是旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),對其準確、快速的控制直接決定了鉆井的效率和可靠性。由于井下復雜多變的環(huán)境以及各種摩擦的影響,要建立準確的穩(wěn)定平臺數(shù)學模型是比較困難的,因此一些傳統(tǒng)的控制策略已經(jīng)不能滿足對導向鉆井穩(wěn)定平臺的控制要求。本文應(yīng)用了干擾觀測器和滑模變結(jié)構(gòu)控制理論相結(jié)合的控制方法,實現(xiàn)了對導向鉆井穩(wěn)定平臺的控制。針對旋轉(zhuǎn)導向鉆井穩(wěn)定平臺存在的摩擦問題帶來的不確定性以及受到的各種未知的擾動,提出了基于干擾觀測器（Disturbance observer,DOB）的導向鉆井穩(wěn)定平臺控制,以簡單的結(jié)構(gòu)和少量的計算代價來實現(xiàn)對干擾的抑制。用PIDDOB來抑制系統(tǒng)所受到的不確定干擾,以滿足系統(tǒng)性能的控制要求。采用Lugre模型在matlab下仿真,研究了控制系統(tǒng)在非線性因素影響下的控制效果,并且分析了在參數(shù)攝動和未知干擾力矩的變化作用下的穩(wěn)定平臺系統(tǒng)魯棒性。通過設(shè)計干擾觀測器補償穩(wěn)定平臺未知干擾以及內(nèi)部模型的誤差,提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。通過對控制策略進行仿真,實驗結(jié)果表明,在該控制方法下,導向鉆井穩(wěn)定平臺系統(tǒng)能夠抑制外部擾動,在一定程度上克服了非線性的影響以及參數(shù)攝動的影... 

【文章來源】：西安石油大學陜西省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖 2-2 穩(wěn)定平臺閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖從圖 2-2 可以看出，穩(wěn)定平臺輸入的是預設(shè)的工具面角。輸出的是實際測量所得的設(shè)備水平角度，把控制軸的角速率和工具面角作為系統(tǒng)的回饋。從系統(tǒng)方框圖可以看出，該系統(tǒng)有兩個回環(huán)即位置環(huán)和速率環(huán)。外環(huán)是位置環(huán)，實際的工具面角由加速度計來獲得。內(nèi)環(huán)是速率環(huán)，角速率根據(jù)陀螺儀來獲得；系統(tǒng)先給定一個工具面角，當加速度計一記錄到到實測的工具面角與之前設(shè)定的工具面角不同時，內(nèi)環(huán)就會受到由于工具面角偏差導致的電壓信號的作用，這就等于使當前內(nèi)環(huán)的給定值發(fā)生了變化。該信號經(jīng)過PWM 電路的脈沖寬度調(diào)制以后作用在 MOS 管上，下發(fā)電機的電磁力距根據(jù)電樞電流的變化而變化，驅(qū)動上盤閥旋轉(zhuǎn)使其控制軸的方向發(fā)生變化，直到工具面角誤差變?yōu)榱恪?.1.3 穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)的特征穩(wěn)定平臺是旋轉(zhuǎn)導向鉆井井下工具系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，它是一個通過軸承固定在工具內(nèi)部的可以自由轉(zhuǎn)動的平臺，根據(jù)地面控制指令及安裝在平臺內(nèi)部的傳感器信息和程序控制偏置導向機構(gòu)的動作進行導向鉆井工作。和航空航天等應(yīng)用領(lǐng)域比較，導向鉆井穩(wěn)定平臺具有以下主要特點：

第二章 旋轉(zhuǎn)導向鉆井穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)原理及建模電流和電磁力矩的比例常數(shù)為：0.22(/)75018260NmAIMKeE 輸出軸上的電磁力矩602 nPPMmme ，且 Pm 是機器的功率，Ω是設(shè)軸的轉(zhuǎn)動速度。臺的廣義受控對象結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于干擾觀測器的永磁同步電動機滑模控制[J]. 顏漸德,王輝,蘭永紅,羅勝華.  微特電機. 2019(01)
[2]基于模糊干擾觀測器的機械臂滑�？刂芠J]. 劉云飛,胡盛斌,李洋,李寶磊,徐恩松,錢雨辰.  計算機時代. 2019(01)
[3]永磁同步電機新型趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制[J]. 歐陽凡,陳林.  自動化與儀表. 2018(12)
[4]快速滑模干擾觀測器在穩(wěn)定平臺中的應(yīng)用[J]. 任彥,張曉飛,劉慧,劉濤.  控制工程. 2018(08)
[5]基于反步控制的非線性干擾觀測器的外部不確定干擾的電液位置伺服系統(tǒng)（英文）[J]. 芮光超,侯冬冬,沈剛.  機床與液壓. 2017(18)
[6]貝克休斯自適應(yīng)PDC鉆頭[J]. 思娜,鄧輝,李婧,皮光林.  斷塊油氣田. 2017(01)
[7]帶干擾觀測器的PID控制器設(shè)計與仿真[J]. 王丹.  電子世界. 2016(20)
[8]旋轉(zhuǎn)導向鉆井穩(wěn)定平臺的RBF網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)控制[J]. 霍愛清,邱龍,汪躍龍.  西安石油大學學報(自然科學版). 2016(04)
[9]哈里伯頓BaraLogixTM密度流變性實時自動測量裝置[J]. 朱麗華.  鉆采工藝. 2016(04)
[10]基于干擾觀測器的直線電機速度控制研究[J]. 馬陽,張懷存,楊慶東,彭寶營.  機械工程與自動化. 2016(04)

碩士論文
[1]擾動抑制方法在伺服電機控制中的應(yīng)用研究[D]. 朱云波.北京交通大學 2017
[2]滾擺式導引頭伺服穩(wěn)定平臺設(shè)計與研究[D]. 曾龍.北京理工大學 2016



本文編號：3509690