往复式泥浆脉冲器驱动与控制模块设计

作     者：李泽同 

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：2023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：石油勘探 随钻测井 往复式泥浆脉冲器 驱动模块 控制模块 结构设计 

摘      要：石油是重要的战略资源，关乎国民经济的发展。随钻测井技术在石油勘探过程中起着重要的作用，泥浆脉冲器作为随钻测井过程中的关键仪器，承担着将测井数据上传到地面系统的重要任务。往复式泥浆脉冲器将测井数据编码为蘑菇头运动轨迹，使钻井液产生携带信息的压力信号，以此实现数据传输。本文主要论述了往复式泥浆脉冲器控制策略的选择与控制结构的设计、驱动与控制电路的设计和控制软件模块的设计。 基于线性自抗扰控制策略（LADRC）和经典PID控制策略，本文设计了双闭环控制结构，其中，PI电流环作为内环，实现准确快速的转矩控制，LADRC位置环作为外环，对脉冲器所受干扰进行估计与补偿，实现位置控制。针对LADRC位置环+PI电流环双闭环控制结构，本文设计了MATLAB/SIMULINK仿真实验和脉冲器实际运行测试实验，结果表明该结构具备良好的控制性能、抗干扰性能和参数变化适应性能，适用于往复式泥浆脉冲器的控制。 在驱动与控制硬件电路设计中，本文构建了基于DSP的嵌入式最小系统，实现脉冲器驱动与控制、系统通讯和数据存储功能。其中，脉冲器驱动电路以IGBT为功率器件，构建三相逆变桥，并实现电流采集、电压采集、过流保护;系统通讯采用 RS-485 总线，实现与上位机、中控仪器的通信;存储模块由容量为 512MB 的Nor Flash存储阵列和容量为64KB的EEPROM组成。测试实验结果表明电路各模块均能正常工作，达到了设计指标要求。 在驱动与控制软件模块设计中，本文引入了剥夺型微内核实时操作系统，依据功能不同和软件需要设计了八个任务，实现了上层业务需求。操作系统提供任务管理和调度服务、同步与共享服务，提高了软件程序执行的可靠性，保证脉冲器的稳定运行。