[發(fā)明專利]一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)的虛機實電仿真系統(tǒng)及仿真方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310193482.2
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN103310038A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牛文鐵;李遠志;李洪濤;李帥
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 張金亭

1.一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)的虛機實電仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括工控機、電控裝置、測量裝置和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)；所述工控機包括導(dǎo)向仿真器、數(shù)據(jù)采集模塊和接口通信模塊，所述電控裝置包括運動控制卡和數(shù)據(jù)采集卡，所述測量裝置包括傳感器組，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)包括電機模塊和執(zhí)行機構(gòu)模塊，其中：

所述接口通信模塊，用于完成所述工控機與所述電控裝置之間的數(shù)據(jù)通信；

所述傳感器組，用于實時采集所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)的狀態(tài)信號,并將采集到的信號發(fā)送至所述數(shù)據(jù)采集卡；

所述數(shù)據(jù)采集卡，用于將所述傳感器組上傳的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，并通過所述接口通信模塊發(fā)送信號至所述數(shù)據(jù)采集模塊；

所述數(shù)據(jù)采集模塊，用于接收并處理來自所述數(shù)據(jù)采集卡的信號，并發(fā)送數(shù)字信號至所述導(dǎo)向仿真器；

所述導(dǎo)向仿真器，用于完成所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)導(dǎo)向鉆進的仿真，其接收來自所述數(shù)據(jù)采集模塊的信號，按照預(yù)定的算法計算處理后顯示井眼軌跡信息，同時通過所述接口通信模塊向所述運動控制卡發(fā)送控制信號；

所述運動控制卡，用于驅(qū)動所述電機模塊工作；

所述電機模塊，包括兩個伺服電機，用于驅(qū)動所述執(zhí)行機構(gòu)模塊工作；

所述執(zhí)行機構(gòu)模塊，用于使旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)的心軸發(fā)生偏置，實現(xiàn)導(dǎo)向鉆進。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)的虛機實電仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)為靜態(tài)偏置指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)的虛機實電仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述運動控制卡為多軸可編程運動控制卡，并與LabVIEW實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)的虛機實電仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述執(zhí)行機構(gòu)模塊包括一套少齒差行星輪系，所述少齒差行星輪系在所述的兩個伺服電機的驅(qū)動下實現(xiàn)行星輪的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，從而帶動心軸運動，使心軸發(fā)生偏置。

5.一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)的虛機實電仿真方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)分析旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)的工作原理，確定參數(shù)之間的關(guān)系，采用MATLAB軟件建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；

2)采用SolidWorks軟件建立旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)的三維模型；

3)采用LabVIEW軟件，將步驟1)所得的數(shù)學(xué)模型和步驟2)所得的三維模型進行關(guān)聯(lián)，建立所述導(dǎo)向仿真器的虛擬動態(tài)仿真模型；

4)對所述導(dǎo)向仿真器進行虛機實電仿真調(diào)試并修正。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)的虛機實電仿真方法，其特征在于，其中步驟1)具體包括如下步驟:

11）采用MATLAB軟件建立數(shù)學(xué)模型，包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)心軸偏心位移矢量與實鉆井眼軌跡的井斜角和方位角之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)心軸偏心位移矢量與所述兩個伺服電機的轉(zhuǎn)角之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，理想井眼軌跡與實鉆井眼軌跡之間的偏差和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)心軸偏心位移矢量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；

12）將井眼軌跡的坐標(biāo)值、井斜角和方位角輸入導(dǎo)向鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫，計算出軌跡參數(shù)對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)的造斜率和工具面角；

13）根據(jù)導(dǎo)向原理和結(jié)構(gòu)參數(shù)計算出旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)心軸的偏置幅值和偏置相位；

14）根據(jù)預(yù)設(shè)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)心軸偏置幅值和偏置相位與所述少齒差行星輪系內(nèi)行星輪的公轉(zhuǎn)角和自轉(zhuǎn)角的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，計算出所述行星輪的自轉(zhuǎn)角和公轉(zhuǎn)角；

15）根據(jù)所述少齒差行星輪系的傳動比計算出所述兩個伺服電機的轉(zhuǎn)角。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)的虛機實電仿真方法，其特征在于，其中步驟2)具體包括如下步驟:

21）在SolidWorks軟件中建立各個零部件的3D模型；

22）對零部件進行裝配，生成裝配體模型；

23）對裝配體進行干涉檢查，若存在干涉現(xiàn)象，則重新進行裝配體模型的生成；若不存在干涉現(xiàn)象，則將3D裝配體模型添加到SolidWorks?Motion模塊；

24）在SolidWorks?Motion模塊中對裝配體模型定義馬達和傳感器。