应用无线控制技术对传统人工操作固井水泥头进行改造,使人工远离钻台遥控完成固井水泥头的释放胶塞、投球等操作。本文将无线射频技术分别与虚拟仪器、单片机相结合,实现无线控制水泥头电气控制操作。固井水泥头无线控制系统主要由上位机、下位机、电气执行机构三部分组成。上位机系统利用LabVIEW虚拟仪器技术开发操作面板及控制指令程序,选用nRF24L01无线模块进行无线数据发送,无线模块与LabVIEW程序的双向通信通过Arduino单片机的SPI串口和USB接口完成。下位机系统选用Arduino开发板作为主控单元,与nRF24L01无线模块配合完成指令接收。Arduino解析无线信号后根据预先烧录的执行控制程序输出指令信号。指令信号通过放大电路控制换向电磁阀,实现换向电磁阀对气动执行机构气路的控制。无线模块、Arduino开发板、换向电磁阀共同配合完成对上位机传输指令的接收、解码、执行。最后对水泥头气动执行机构采用PID及带状态观测器的控制方法进行精确控制研究,获得PID控制与状态观测器法控制的最优模型。