固井是石油工程中的重要作業(yè)過程。傳統(tǒng)振動固井技術(shù)由于振源安裝在井口或者井底,振動波在阻尼的作用下不斷衰減,對井深達(dá)數(shù)千米的井振動效果不理想。隨行振動固井技術(shù),在充分發(fā)揮傳統(tǒng)振動固井作用的基礎(chǔ)上,隨著激振器在套管柱中的不斷下行,可以實(shí)現(xiàn)全井段的共振響應(yīng),很大程度地提升了固井質(zhì)量。本文利用有限元分析軟件得到最佳激振頻率,以無刷直流電機(jī)為執(zhí)行元件,通過模糊PID算法進(jìn)行控制,并設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序,試制出物理樣機(jī)完成上位機(jī)調(diào)試。建立套管柱歐拉-伯努利梁力學(xué)模型,利用牛頓力學(xué)公式推導(dǎo)出套管柱橫向固有頻率計(jì)算公式;在有限元分析軟件Ansys Workbench中建立套管柱-鉆井液-水泥漿流固耦合模型,通過模態(tài)分析得到固有頻率和模態(tài)振型,通過諧響應(yīng)分析得到使得套管柱子結(jié)構(gòu)振動位移幅值最大的激振頻率,為激振器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù);控制系統(tǒng)采用無刷直流電機(jī)作為執(zhí)行元件,對無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和運(yùn)動方程加以分析,采用模糊PID算法對轉(zhuǎn)速閉環(huán)進(jìn)行控制,通過Matlab Simulink模塊搭建控制系統(tǒng)框圖,驗(yàn)證了模糊PID控制算法可以使控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度更快、魯棒性更好;對控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行... 

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 研究現(xiàn)狀及趨勢
        1.2.1 振動固井技術(shù)機(jī)理研究現(xiàn)狀
        1.2.2 振動固井裝置研究現(xiàn)狀
        1.2.3 動態(tài)振動固井技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.4 無刷直流電機(jī)研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容和研究方法
2 套管柱耦合系統(tǒng)橫向振動特性
    2.1 套管柱耦合系統(tǒng)力學(xué)模型建立
    2.2 套管柱振動模態(tài)及諧響應(yīng)分析
        2.2.1 套管柱耦合系統(tǒng)振動模態(tài)分析
        2.2.2 套管柱振動響應(yīng)分析
    2.3 本章小結(jié)
3 振動膠塞用無刷直流電機(jī)控制算法
    3.1 無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型
    3.2 無刷直流電機(jī)控制方案
        3.2.1 反電動勢過零檢測法
        3.2.2 無刷直流電機(jī)起動方法
        3.2.3 控制方案的選擇
    3.3 模糊PID控制原理
        3.3.1 PID參數(shù)對系統(tǒng)的影響
        3.3.2 模糊控制原理
        3.3.3 模糊PID控制原理
    3.4 模糊PID控制器設(shè)計(jì)
        3.4.1 模糊化與各變量隸屬度函數(shù)的確定
        3.4.2 模糊規(guī)則庫的建立
        3.4.3 解模糊
    3.5 模糊PID控制算法仿真
        3.5.1 軟件仿真總體設(shè)計(jì)
        3.5.2 PWM輸出子系統(tǒng)
        3.5.3 仿真結(jié)果分析
    3.6 本章小結(jié)
4 隨行振動固井膠塞控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    4.1 總體方案設(shè)計(jì)
    4.2 各模塊硬件電路設(shè)計(jì)
        4.2.1 主芯片選擇
        4.2.2 電源及電源降壓模塊
        4.2.3 電機(jī)驅(qū)動電路
        4.2.4 反電動勢檢測電路
        4.2.5 電流采樣電路的設(shè)計(jì)
        4.2.6 串口通信電路的設(shè)計(jì)
    4.3 本章小結(jié)
5 隨行振動固井膠塞控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    5.1 主程序設(shè)計(jì)
    5.2 中斷子程序設(shè)計(jì)
        5.2.1 反電動勢檢測程序設(shè)計(jì)
        5.2.2 模糊PID算法程序設(shè)計(jì)
    5.3 PWM調(diào)制方式
    5.4 本章小結(jié)
6 隨行振動固井膠塞的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用
    6.1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)
        6.1.1 控制系統(tǒng)測試平臺的搭建
        6.1.2 測試結(jié)果分析
    6.2 井下實(shí)驗(yàn)
        6.2.1 隨行振動固井膠塞的研制
        6.2.2 固井質(zhì)量評價(jià)曲線
    6.3 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]永磁無刷直流電機(jī)PWM調(diào)制模式仿真研究[J]. 熊歡,羅輯,鐘文,姜?dú)J,童中寬,魯睿其,湯飛球.  船電技術(shù). 2020(01)
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[6]隨行振動固井技術(shù)應(yīng)用的試驗(yàn)效果分析[J]. 陶冠合,鄭永生,孫栓科,單維忠.  新疆石油科技. 2018 (04)
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博士論文
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碩士論文
[1]高產(chǎn)氣井油管柱振動力學(xué)特性研究[D]. 盛澤東.西南石油大學(xué) 2018
[2]基于STM32的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究[D]. 王國宇.廣西師范大學(xué) 2016
[3]直流無刷電機(jī)自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 蔡寶京.電子科技大學(xué) 2016
[4]有刷直流電機(jī)模糊PID自整定方法實(shí)驗(yàn)研究[D]. 吳春楊.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[5]基于單片機(jī)的多功能自動調(diào)溫風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 王蕊.鄭州大學(xué) 2014
[6]統(tǒng)一潮流控制器的控制策略研究[D]. 陳芝奔.西南交通大學(xué) 2012
[7]基于模糊PID算法的無刷直流電機(jī)調(diào)速研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 常波.電子科技大學(xué) 2012
[8]基于自適應(yīng)模糊算法的無刷直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)與開發(fā)[D]. 王蒞斌.電子科技大學(xué) 2008
[9]基于Fuzzy-PID控制算法的校直機(jī)電液伺服系統(tǒng)的仿真與應(yīng)用研究[D]. 盧檢兵.合肥工業(yè)大學(xué) 2007
[10]基于DSP的無刷直流電機(jī)高性能調(diào)速系統(tǒng)的研究[D]. 張焱.西安電子科技大學(xué) 2007



本文編號：3684062