[發明專利]一種水井鉆機推進裝置無模型自適應控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010594119.1
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111648758B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 姚文龍;亓冠華;池榮虎;邵巍;岳耀賓
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B19/086;F15B21/08;F15B15/28;E21B19/14
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 袁曉玲

1.一種水井鉆機推進裝置無模型自適應控制方法，其特征是，所述方法包括下述步驟：

(1)信號的采集與設定：

由位移傳感器得到液壓油缸活塞的位移量y；

(2)建立水井鉆機推進系統的動力學方程：

其中，x₁為液壓缸活塞桿位移；x₂液壓缸活塞桿速度；x₃為液壓缸活塞的加速度；u為控制信號輸入；y為系統輸出；F為負載阻力；M_t為柱塞及負載折算到柱塞的總質量；A₁為柱塞有效面積；V_t為缸腔及管道的總容積；C_t為液壓缸外泄露系數；β_e為液壓油等效體積彈性模量，k為負載彈性剛度；k_v比例放大器的增益；k_p為負載敏感比例閥的閥芯位移與控制信號的比例系數；D為柱塞及負載運動中的粘滯摩擦系數；ρ為液體密度；C_ξ為負載敏感比例閥閥口流量系數；w為負載敏感比例閥面積梯度；P_s為系統額定壓力；P_L為負載壓力；sign(x_v)為符號函數；x_v為閥口開度；

(3)進行緊格式動態線性化處理，獲得數據模型：

對于所述動力學方程，當Δu(k)≠0時，存在偽偏導數θ(k)，使得

Δy(k+1)＝θ(k)Δu(k)；

其中，|θ(k)|≤Q，Q為一個正常數；

Δy(k+1)＝y(k+1)-y(k)，Δu(k)＝u(k)-u(k-1)；

其中，y(k)為k時刻的系統輸出，u(k)為k時刻的系統輸入；

(4)計算偽偏導數估計律：

其中，η∈(0,1]為步長因子，μ＞0為權重因子，為θ(k)的偽偏導數估計值，為θ(k-1)的偽偏導數估計值；

(5)設計無模型自適應控制器：

考慮如下控制準則函數,

J[u(k)]＝|y^*(k+1)-y(k+1)|²+λ|u(k)-u(k-1)|²；

記λ為權重因子,y^*(k+1)為期望的輸出信號；將步驟(3)中動態線性化的數據模型帶入輸入準則函數，對u(k)求導，并令其求導結果等于零，可得控制算法：

其中，ρ∈(0,1]是步長因子，λ＞0為權重因子；

(6)由于液壓系統的復雜性，水井鉆機推進系統由液壓油缸的正反運動控制，位移傳感器將檢測得到的水井鉆機在k-1階段的液壓油缸活塞桿位移量y(k-1)輸出為反饋電壓信號u_f，電壓信號Δu(k-1)經控制器計算輸出相應的控制信號，將控制信號施加于比例控制器上，將電壓信號轉換為可以驅動負載敏感比例閥閥芯位移的電流信號，負載敏感比例閥可以調節液壓油缸進油口與回油口的流量，由液壓油缸活塞的受力關系，進而可以調節液壓油缸的輸出量推進力來控制水井鉆機的推進。