[發(fā)明專利]一種水平鉆機(jī)調(diào)向控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010155050.2
• 申請(qǐng)日: 2020-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN111021956B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉飛香;鄒今檢;龔文忠;侯昆洲;邵濟(jì)舟;任賽楠;江睿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號(hào): E21B7/04
• 分類號(hào): E21B7/04;E21B44/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙七源專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43214
• 代理人: 劉伊?xí)D;周曉艷

本發(fā)明提供一種水平鉆機(jī)調(diào)向控制系統(tǒng)，包括設(shè)置在鉆機(jī)上的定位測(cè)量系統(tǒng)、模糊控制器、PID控制器和調(diào)向油缸；本發(fā)明還提供一種水平鉆機(jī)調(diào)向控制方法，通過對(duì)鉆機(jī)的實(shí)際姿態(tài)與期望姿態(tài)進(jìn)行比較，得到實(shí)時(shí)垂直偏離距離L以及偏離角度θ，將偏離參數(shù)及其變化率輸入模糊控制器中，選擇合適的模糊控制規(guī)則并計(jì)算得到PID控制器中的參數(shù)K_P、K_I和K_D，PID控制器根據(jù)PID參數(shù)向調(diào)向油缸發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，通過不同調(diào)向油缸間動(dòng)作行程的配合實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)在豎直或水平方向的方向調(diào)整，確保鉆機(jī)按照預(yù)定路線前進(jìn)。本發(fā)明引入模糊控制器并根據(jù)偏差大小采取不同的調(diào)向策略，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)快速高精確調(diào)向。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地質(zhì)工程技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種水平鉆機(jī)調(diào)向控制方法，以及配合該方法使用的水平鉆機(jī)調(diào)向控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

鉆機(jī)是一種用于帶動(dòng)鉆具向地下鉆進(jìn)進(jìn)而獲取實(shí)物地質(zhì)資料的機(jī)械設(shè)備，常被用于地質(zhì)勘探或礦產(chǎn)資源（含固體礦、液體礦、氣體礦等）開發(fā)過程中，通過獲取地層內(nèi)部的巖芯、礦心、巖屑、氣態(tài)樣、液態(tài)樣等，以探明地下地質(zhì)和礦產(chǎn)資源等情況。

目前，鉆機(jī)在使用時(shí)大多以垂直向下的鉆進(jìn)方式為主，而水平鉆進(jìn)的案例罕有，且均為短距離水平鉆進(jìn)作業(yè)，對(duì)于長(zhǎng)距離（千米級(jí)及以上）水平鉆機(jī)技術(shù)的發(fā)展基本處于停滯狀態(tài)。為了保障水平鉆機(jī)在長(zhǎng)距離作業(yè)時(shí)能始終按照預(yù)定路線前進(jìn)，對(duì)于鉆機(jī)的調(diào)向及糾偏功能的技術(shù)設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。

行業(yè)內(nèi)由于實(shí)際需求少、使用范圍不大，因此對(duì)于水平鉆機(jī)調(diào)向控制技術(shù)的研究幾乎空白，主要還是依賴于人工調(diào)節(jié)，自動(dòng)化水平偏低，而且這種操作方式的糾偏效果受操作人員的技術(shù)水平影響很大，作業(yè)效果不穩(wěn)定；即使采用傳統(tǒng)的PID控制方法，由于參數(shù)整定困難，不能快速穩(wěn)定跟蹤設(shè)定值，導(dǎo)致效果欠佳，而且針對(duì)不同的偏差大小采用相同的調(diào)向策略也會(huì)導(dǎo)致調(diào)向精度降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種采用模糊PID控制技術(shù)且能根據(jù)偏差大小自動(dòng)分段調(diào)向的水平鉆機(jī)調(diào)向控制方法及系統(tǒng)，以解決背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種水平鉆機(jī)調(diào)向控制方法，通過對(duì)鉆機(jī)的實(shí)際姿態(tài)與期望姿態(tài)進(jìn)行比較，得到二者間的垂直偏離距離L以及偏離角度θ，根據(jù)已設(shè)定好的模糊控制規(guī)則，模糊控制器通過上述偏離參數(shù)計(jì)算得到PID控制器中的參數(shù)K_P、K_I和K_D，PID控制器向鉆機(jī)上的動(dòng)力件發(fā)出對(duì)應(yīng)動(dòng)作信號(hào)，通過所述動(dòng)力件動(dòng)作實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)按照預(yù)定路線前進(jìn)。

模糊控制是一種從行為上模仿人的推理和決策過程的智能控制方法。模糊控制的主要過程就是先將操作人員或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)整合并編程形成模糊控制規(guī)則，然后將實(shí)時(shí)輸入的信號(hào)模糊化作為模糊控制規(guī)則的輸入量，完成模糊推理后，將推理得到的輸出量加載到執(zhí)行器上。本發(fā)明中模糊控制器輸出的執(zhí)行器即PID控制器。

優(yōu)選地，所述動(dòng)力件為調(diào)向油缸且四組調(diào)向油缸分別位于鉆機(jī)的上下左右四個(gè)方位，所述水平鉆機(jī)調(diào)向控制方法的具體過程如下：

1）將鉆機(jī)的實(shí)際姿態(tài)與期望姿態(tài)進(jìn)行比較，確定鉆機(jī)與預(yù)定路線間的偏離角度θ和垂直偏離距離L，利用調(diào)向油缸動(dòng)作調(diào)整鉆機(jī)回到預(yù)定路線，根據(jù)杠桿原理，動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂，可知：