[發明專利]一種基于自適應法抑制鉆桿粘滑振動的系統及方法

有效

• 申請號: 201410177583.5
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103941632A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 付蒙;李江紅;伍志強;孫大鵬;劉琳;劉旭禮;姜慶巍;章莉敏
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;盤錦遼河油田天意石油裝備有限公司
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05;E21B44/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

1.一種基于自適應法抑制鉆柱粘滑振動的系統，其特征在于，包括：

——被控對象，包括驅動電機、齒輪箱，以及由齒輪箱帶動的鉆柱和井底鉆具組合，用于實現油井鉆進；

——變頻器，包括PLC控制系統，控制驅動電機的啟動、停止和調速的工作狀態，設定電機主給定轉速，并且將驅動電機的當前狀態反饋至控制單元；

——控制單元，包括自適應控制器，用于對驅動電機的當前狀態進行控制調整，抑制鉆柱和井底鉆具組合的扭矩振蕩和轉速振蕩；

——人機交互裝置，包括ARM芯片，完成控制單元的數據管理、人機操控；

——CAN總線，用于實現變頻器與控制單元的自由通信；

所述變頻器輸出與驅動電機相連，驅動電機通過齒輪箱驅動鉆柱和井底鉆具組合；變頻器輸入通過CAN總線連接控制單元，控制單元通過串口連接人機交互裝置。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述自適應控制器包括參數估計器和控制器，參數估計器與控制器相連，控制器與變頻器連接，變頻器連接至被控對象，被控對象反饋至控制器和參數估計器。

3.基于權利要求1所述自適應法抑制鉆柱粘滑振動系統的控制方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

1)變頻器通過PLC控制系統給出設定的電機主給定轉速，傳輸至被控對象，驅動鉆桿起轉；

2)變頻器通過CAN總線將電機實際轉速和電機實際扭矩傳輸至控制單元；

3)控制單元將鉆頭轉速結合電機主給定轉速進行優化算法，得到輔給定優化轉速，并用最大轉速來對輔給定優化轉進行限幅；

4)控制單元通過CAN總線將限幅后的輔給定優化轉速傳輸至變頻器，電機主給定轉速和限幅后的輔給定優化轉速的疊加值共同控制鉆桿和鉆具組合的旋轉鉆進，抑制鉆桿粘滑振動；

5)同時，人機交互裝置實時地保存和顯示電機實際轉速和電機實際扭矩數據。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述控制單元的優化運算是通過下述方法來實現的：

a)構建參數估計器，參數估計器根據觀測到的被控對象的輸入輸出數據獲取被控對象的參數估計值，參數估計器通過最小二乘參數估計算法來實現；

b)構建控制器，控制器由最小方差控制律來實現，控制器根據控制器參數以及控制誤差來計算得到電機控制轉速，結合電機主給定轉速得到輔給定優化轉速。