自适应控制技术在自动控向垂钻系统中的应用研究
  • 【摘要】

    本文选题来源丁姚爱国教授(中国地质大学(武汉),工程学院)主持负责的《电磁波随钻遥测式自动垂钻系统关键技术研究》的863课题中自动控向垂钻控制装置的研究一题。主要研究自适应控制技术在垂钻控制中的应用。 本文先简述国内外在该领域内的发展现状和国内的需求情况,并对本文所涉及的自动垂钻系统结构做一简单介绍。 随后介绍了自动垂直钻井系统防斜打直的基本原理:使纠斜力与造斜力相平衡,在钻井时根... 展开>>本文选题来源丁姚爱国教授(中国地质大学(武汉),工程学院)主持负责的《电磁波随钻遥测式自动垂钻系统关键技术研究》的863课题中自动控向垂钻控制装置的研究一题。主要研究自适应控制技术在垂钻控制中的应用。 本文先简述国内外在该领域内的发展现状和国内的需求情况,并对本文所涉及的自动垂钻系统结构做一简单介绍。 随后介绍了自动垂直钻井系统防斜打直的基本原理:使纠斜力与造斜力相平衡,在钻井时根据钻具倾斜角度的不同,地层软、硬的不同,地层及其他因素引起的造斜力的不同而输出不同人小的纠斜力,从而使钻具轴心沿着垂直的方向向下钻进。 但是由于地层造斜能力是与多方面的因素有关的,如地层的物理力学性质、地层的几何参数以及各向同性或异性等等;而且迄今,尚不能准确地、实时地测定出所有需要的参数,即便是测定出来的某些参数也不是某一时刻的准确数据,而是一段时间积累的平均结果,对于某些需要及时做出相应调整的情况这些数据已经失去意义。如何根据地层造斜力的不同实时地输出相应的横向推力是解决问题的关键。而且,如果横向推力太小则难以纠斜;若过大,则钻进轨迹成为沿垂线振荡的一条波浪线。传统的控制理论对于这类非线性、强耦合、大时滞的时变系统并没有很好的控制方法。 针对上述问题,本文在对有关精确制导、飞机姿态控制以及工业控制中的成熟控制理论与技术进行广泛地研究学习和分析比较的基础上,提出一种基于泛模型的无模型控制律算法,目的在于避开对地层造斜因素的辨识,直接根据自动垂直钻具自身的状态及自身状态随时间变化的情况实时地、准确地、有预见性地自动调整纠斜力的大小。一则使钻具始终控制在一个以垂线为中心且误差较小的圆柱范围区间内,以达到防斜纠斜的目的;二则,实现钻具按照设计轨道可控地、高精度平滑地自动钻进。 由于实验条件暂不成熟,本文并没有进行控制装置的研究和控制实验,仅对该理论的泛模型的普遍有效性及其控制律效果进行了matlab仿真。结论是其提出的控制策略具有通用性,能够避开对系统过程进行精确建模,仅用其泛模型取代即可进行有效的输入输出再现和系统控制。对下一步研究和实验提供了有价值的参考信息。 收起<<

  • 【作者】

    李运升 

  • 【学科专业】

    钻井工程

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    中国地质大学(武汉)

  • 【导师姓名】

    张惠

  • 【学位年度】

    2008

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    自动控向垂钻  自适应控制  自动垂直钻井系统  地层造斜能力  matlab仿真