【摘 要】
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连续波泥浆脉冲器是随钻测量数据传输系统的重要手段,具有传输速率高、可靠性好和抗干扰能力强的特点,扭矩加载系统是在实验室条件下模拟井下水力转矩,辅助连续波脉冲器进行性能测试。基于加载系统的连续波脉冲器研究进一步解决加载系统加载能力不足,脉冲器带载运行转速存在波动的问题,可为连续波脉冲器在井下稳定工作提供理论依据,提高数据传输的准确性,论文主要工作如下:介绍了连续波脉冲器和扭矩加载系统的国内外研究现状
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连续波泥浆脉冲器是随钻测量数据传输系统的重要手段,具有传输速率高、可靠性好和抗干扰能力强的特点,扭矩加载系统是在实验室条件下模拟井下水力转矩,辅助连续波脉冲器进行性能测试。基于加载系统的连续波脉冲器研究进一步解决加载系统加载能力不足,脉冲器带载运行转速存在波动的问题,可为连续波脉冲器在井下稳定工作提供理论依据,提高数据传输的准确性,论文主要工作如下:介绍了连续波脉冲器和扭矩加载系统的国内外研究现状,说明了连续波脉冲器的工作原理及扭矩加载系统的实现方式与基本原理。针对扭矩加载系统加载能力有限的问题,建立直流力矩电机的数学模型,分别利用Maxwell和Simulink对电机性能、扰动通道和前向通道进行仿真,分析了影响扭矩加载系统加载能力的因素;确定了扭矩加载系统的三环控制结构,并对控制器进行参数整定,使扭矩加载系统的力矩输出误差减小至4%以内。针对连续波脉冲器带载运行的转速波动问题,首先根据连续波脉冲器剪切阀受力情况建立水力转矩与转阀转子角位置的数学关系,实现加载系统对连续波脉冲器的准确力矩加载;其次在Simulink中建立基于加载系统连续波脉冲器的模型,研究连续波脉冲器的转速环分别采用传统PID控制算法、改进型PID控制算法及线性自抗扰控制算法对转速的控制效果;最后对转速环的控制算法进行优化,通过引入负载观测器提高了连续波脉冲器的鲁棒性,确定了基于负载观测一阶线性自抗扰控制算法具有较好的抗负载扰动性能,加载5N·m力矩时连续波脉冲器转速的稳态误差小于0.4rps,基本满足连续波脉冲器室内测试的要求。针对基于加载系统连续波脉冲器的测试问题,使用NI公司的Lab Windows编写用于连续波脉冲器与扭矩加载系统通信的上位机软件,实现了对连续脉冲器准确的力矩加载。自行搭建基于加载系统连续波脉冲器的实验平台,一方面测试了扭矩加载系统当前的最大加载能力,另一方面基于加载系统对连续波脉冲器的转速环采用传统PID控制算法和线性自抗扰控制算法进行测试,验证了一阶线性自抗扰控制算法具有较好的抗负载扰动性,为连续波泥浆脉冲器的稳定工作奠定基础。
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