连续波泥浆脉冲器控制器设计

作     者：向泽明 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李焱骏

授予年度：2022年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

主      题：泥浆脉冲器 控制器 PID控制 转子初始位置检测 

摘      要：在随钻测井过程中,泥浆脉冲发生器作为测井仪器的核心部件之一,承担着将井下测井数据上传至地面的重要任务,因此脉冲器的稳定性至关重要;同时,在钻井过程中,脉冲器还将受到诸如极端温度、水力转矩和机械振动等多种的外界因素干扰,因此脉冲器控制系统应具备强的抗干扰能力。本文以连续波泥浆脉冲器的电机控制系统作为研究对象进行脉冲器控制系统的分析和设计,旨在提升控制系统的环境适应能力。论文详细论述了脉冲器电机控制器的设计以及脉冲器工作中存在的环境影响。脉冲器电机控制方案选择电流环、速度环和位置环构成的三闭环PID控制方案,根据各环路的控制性能指标选择PID控制器结构,根据实际控制要求设计控制器参数。后续通过经验调试的方式重新整定三闭环PID控制器的参数,利用MATLAB/Simulink软件搭建电机时变参数模型以模拟电机受高温影响,然后对上述两种控制器参数设计方式下的控制系统进行仿真对比;仿真结果显示,两种控制器参数设计方式下的脉冲器控制系统在高温下均具备一定的控制能力。论文后续基于环境温度对控制系统的影响,在三闭环PID控制器的基础上,设计了位置环模糊控制器,以实现位置环PID控制器参数的自动调整,利用MATLAB/Simulink软件搭建模糊控制器模型,对模糊控制系统进行仿真和对比,验证了该方法下的脉冲器控制系统在高温环境下的适应能力。随后根据脉冲器电机的位置反馈器件——旋转变压器,在安装过程存在安装误差,提出了一种永磁同步电机的电气角零位测量方法及配套的转子位置计算方法,并利用MATLAB/Simulink软件搭建多极旋变控制模型,进行了仿真先验。最后,在实验环境下对脉冲器三闭环PID控制方案进行了验证。实验结果表明,三闭环PID控制系统的跟随精度高,动态性能好,能满足工程应用要求。