【摘 要】
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随着石油钻井技术的迅速发展,对随钻测量数据传输速率提出了更高的要求,连续波泥浆脉冲器作为随钻数据泥浆脉冲远传系统的前沿技术,能将数据传输率提高10以上。其核心部件转阀的驱动电机的动态性能对井下信息传输质量有着重要影响。电机驱动转阀转子在旋转过程中产生泥浆压力脉冲进行信息传输的同时会受到钻井液的变阻力矩等因素扰动,导致电机的动态性能变差,会影响到泥浆的压力信号波形,最终影响到信号的传输质量和距离。采
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随着石油钻井技术的迅速发展,对随钻测量数据传输速率提出了更高的要求,连续波泥浆脉冲器作为随钻数据泥浆脉冲远传系统的前沿技术,能将数据传输率提高10以上。其核心部件转阀的驱动电机的动态性能对井下信息传输质量有着重要影响。电机驱动转阀转子在旋转过程中产生泥浆压力脉冲进行信息传输的同时会受到钻井液的变阻力矩等因素扰动,导致电机的动态性能变差,会影响到泥浆的压力信号波形,最终影响到信号的传输质量和距离。采用传统的PID控制策略无法有效消除作用在旋转阀上的全部不确定性扰动。为此,本文在鲁棒性较好的自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)的基础上提出了一种新的非线性光滑函数hui函数来替代经典ADRC当中所导致的控制器高频颤振问题所应用的非线性不光滑函数fal函数,理论上使得fal函数变得平滑避免函数发生突变导致颤振,并据此设计出速度环控制器应用于脉冲器电机矢量控制中,仿真结果表明该改进光滑函数hui函数不仅可以提高系统的动态性能,还有效地削弱了传统ADRC所带来的高频颤振。
在MATLAB/Simulink环境下通过建立电机控制系统模型,在转速环分别采用传统PID、经典ADRC控制器与改进的ADRC控制器三种控制策略分别来控制驱动电机,通过对比分析其控制电机动态性能,仿真结果表明,经典ADRC控制器控制下的电机动态响应较传统PID调节器有着更好的控制性能,其表现在调节时间更短、超调量更低,抗扰动性更强。然而,经典ADRC控制器由于光滑函数fal则有着难以避免的高频颤振固有缺陷,则采用改进ADRC控制器,不仅提高了电机的控制性能其表现在有着更短的上升时间、峰值时间,调节时间,而且改进ADRC控制器相比较经典ADRC控制器则有效削弱了其高频颤振现象。根据实验结果可知,此次仿真改进ADRC控制器具有良好的调速性能与抗扰性能,所采用的方法可为脉冲器实物制作提供借鉴。
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