垂直钻具液压纠斜机构输出力的低频脉宽调制及其优化

摘要

论文讨论的AADDS钻具为一种新型的石油自动垂直钻井工具，钻具上进行主动纠斜的核心部件是液压导向纠斜机构。在不改变钻具现有结构、参数的前提下，在已有通过脉宽调制实现AADDS自动垂直钻具井下纠斜力连续调节的基础上，为进一步解决因脉宽调制导致纠斜力波动幅度较大而出现的井斜相对方位稳定性不高的问题，开展了该钻具井下纠斜力连续控制的优化研究。
　　该钻具中的导向纠斜机构是一种由单柱塞泵驱动的微型液压动力系统，其流量小且不连续。为了实现对该钻具输出纠斜力的连续控制并降低纠斜力的波动幅度，论文在原有的单脉宽调制技术基础上进行了优化，引入了多脉宽合成调制技术。通过对系统的流量-压力特性进行理论建模分析，提出了通过对液控系统中二位二通电磁阀在钻杆一个旋转周期T（即一个调制周期）内，进行多次通、断控制（即多脉宽合成调制），使系统纠斜缸在一个周期T内增加的油液体积由原来的一次排放改为多次排放的控制技术，从而有效地提高了纠斜缸压力和输出纠斜力的平稳性。为了实现这种多脉宽合成调制控制，分析了电磁阀多脉宽合成调制原理和工作特性，借助液控系统的数学模型获得多脉宽合成调制所需要的参数，并利用Matlab/simulink软件进行了系统多脉宽合成调制控制的仿真研究;在理论与仿真分析的指导下，最终对液压导向纠斜机构进行了多脉宽合成调制控制效果的实验测试，结果表明:这种优化后的多脉宽调制技术能够有效地降低纠斜缸调制压力的波动幅度，从而提高了纠斜缸压力和输出纠斜力的平稳性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本文的研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 垂直钻具井下纠斜力的控制技术与方法

1．3．2 电液系统中PWM技术和方法的研究现状

1．4 本文的研究内容

第二章 系统脉宽调制原理及流量压力特性分析

2．1 垂直钻具纠斜液控系统工作原理及特点

2．2 系统脉宽调制机理

2．2．1 单脉宽调制原理

2．2．2 多脉宽合成调制原理

2．3 纠斜液控系统流量压力特性分析

2．3．1 单柱塞泵流量压力特性分析

2．3．2 纠斜液压缸流量压力特性分析

2．3．3 其他元件流量压力特性

2．4 本章小结

第三章 普通电磁阀的多脉宽调制方法及其参数的确定

3．1 电磁阀结构及工作特性分析

3．1．1 电磁阀结构分析

3．1．2 电磁阀工作特性分析

3．2 电磁阀多脉宽合成调制特性分析

3．3 脉宽调制周期计算

3．4 本章小结

第四章 多脉宽合成调制控制的仿真分析

4．1 仿真软件Matlab/Simulink简介

4．2 系统仿真模型的搭建

4．3 仿真结果分析

4．4 本章小结

第五章 纠斜液控系统的多脉宽合成调制控制实验研究

5．1 实验系统

5．2 软件应用

5．2．1 数据采集

5．2．2 实时测控程序

5．3 多脉宽调制实验结果与分析

5．3．1 脉宽调制周期计算

5．3．2 多脉宽合成调制实验结果与分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目