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在钻井技术不断发展的过程中,需要从井下上传至地面的信息逐渐增多,因此对信息传输方式的成本和传输速度的要求越来越高。连续波泥浆脉冲传输方式因传输速度是传统正脉冲方式的10倍以上,且经济可靠,而成为了井下信息泥浆脉冲远传系统的最新技术。永磁同步电机因体积小且易维护而被选为连续波泥浆脉冲器的驱动电机,其驱动脉冲器转阀旋转而产生传输井下信息的泥浆压力脉冲载波的同时,受到钻井液变阻力矩的影响而导致动态性能下降,进而影响信息传输的质量和距离。改善电机控制性能是从源的角度提高信息传输质量的关键。
电机运行过程中会受到钻井液变阻力矩的作用,而变阻力矩的大小又受流量、转阀开度等多种因素影响,且缺乏对其进行直接测量的手段。为了解决这个问题,提出基于滑模观测器的复合控制策略,来提高电机的动态性能。首先在传统趋近律的基础上提出了一种改进变指数趋近律,此趋近律相比传统趋近律没有增加新的参数,却达到了减小抖振和提高电机动态性能的目的,并从理论上证明了它的可行性。然后基于改进变指数趋近律设计了速度环滑模控制器,实现了对永磁同步电机(PMSM)的滑模控制,利用Matlab/Simulink中不同控制器的仿真对比,证明了基于改进变指数趋近律的滑模控制器的优异性;其次为了进一步提高电机的抗扰性能,利用改进变指数趋近律设计了滑模扰动观测器,通过对Matlab/Simulink中拟合的水力转矩曲线的跟踪对比,证明了观测器的优异性;将本文所设计的观测器和控制器进行结合,利用观测器对包括钻井液变阻力矩在内的扰动进行观测和估计,然后按比例前馈补偿至电流环的输入端,实现对驱动电机的复合控制,仿真结果表明本文设计的基于滑模扰动观测器的连续波泥浆脉冲器抗扰复合控制策略可以有效提高驱动电机动态响应速度以及增强其抗扰性。
利用连续波泥浆脉冲远传平台模拟井下信息传输,对2FSK信息的调制和解调进行了仿真建模;对比了PI控制和本文复合控制这两种不同的控制方式下连续波泥浆脉冲远传系统信息传输情况,结果证明了提高电机控制性能确实有利于提高信息传输质量。
电机运行过程中会受到钻井液变阻力矩的作用,而变阻力矩的大小又受流量、转阀开度等多种因素影响,且缺乏对其进行直接测量的手段。为了解决这个问题,提出基于滑模观测器的复合控制策略,来提高电机的动态性能。首先在传统趋近律的基础上提出了一种改进变指数趋近律,此趋近律相比传统趋近律没有增加新的参数,却达到了减小抖振和提高电机动态性能的目的,并从理论上证明了它的可行性。然后基于改进变指数趋近律设计了速度环滑模控制器,实现了对永磁同步电机(PMSM)的滑模控制,利用Matlab/Simulink中不同控制器的仿真对比,证明了基于改进变指数趋近律的滑模控制器的优异性;其次为了进一步提高电机的抗扰性能,利用改进变指数趋近律设计了滑模扰动观测器,通过对Matlab/Simulink中拟合的水力转矩曲线的跟踪对比,证明了观测器的优异性;将本文所设计的观测器和控制器进行结合,利用观测器对包括钻井液变阻力矩在内的扰动进行观测和估计,然后按比例前馈补偿至电流环的输入端,实现对驱动电机的复合控制,仿真结果表明本文设计的基于滑模扰动观测器的连续波泥浆脉冲器抗扰复合控制策略可以有效提高驱动电机动态响应速度以及增强其抗扰性。
利用连续波泥浆脉冲远传平台模拟井下信息传输,对2FSK信息的调制和解调进行了仿真建模;对比了PI控制和本文复合控制这两种不同的控制方式下连续波泥浆脉冲远传系统信息传输情况,结果证明了提高电机控制性能确实有利于提高信息传输质量。