调制式旋转导向钻井系统稳定平台控制原理及性能分析

对调制式旋转导向钻井系统稳定平台的控制原理进行了研究,设计了由上、下涡轮发电机、控制轴及电子仓组成的三环控制稳定平台。对稳定平台性能的理论分析和仿真模拟结果表明,国内首创设计的发电机式稳定平台控制系统不但具有良好的稳定性、可控性和可观性,而且当钻井参数在较大范围内发生变化时,系统仍然具有很好的跟踪特性、抑制扰动特性、随动稳定特性及很强的抗干扰能力。     

分叉理论在钻井系统电压稳定性

为提高钻井系统电压稳定水平,防止电压崩溃事故的发生,采用分叉理论研究了油田钻井系统中电力系统的电压稳定性问题。建立了钻井系统中的发电机、负荷及钻井系统网络模型,得出钻井系统电压稳定分析的一般模型,分析了电网中的分叉现象,并仿真搜索了电力系统的电压动静分叉点。在此基础上,利用发电机组的无功进行了各阶段的电压失稳分析,结果表明：静分叉时的系统电压单调失稳至崩溃,动分叉时的系统电压发生振荡。该结论有利于深入了解钻井系统的运行特性,对维护系统电压稳定有着积极的作用。     

分叉理论在钻井系统电压稳定性

为提高钻井系统电压稳定水平,防止电压崩溃事故的发生,采用分叉理论研究了油田钻井系统中电力系统的电压稳定性问题.建立了钻井系统中的发电机、负荷及钻井系统网络模型,得出钻井系统电压稳定分析的一般模型,分析了电网中的分叉现象,并仿真搜索了电力系统的电压动静分叉点.在此基础上,利用发电机组的无功进行了各阶段的电压失稳分析.结果表明:静分叉时的系统电压单调失稳至崩溃,动分叉时的系统电压发生振荡.该结论有利于深入了解钻井系统的运行特性,对维护系统电压稳定有着积极的作用.     

基于增广状态空间法的稳定平台离散模型预测控制

针对旋转导向钻井稳定平台存在的摩擦问题,提出了将增广状态空间模型与模型预测控制相结合的稳定平台离散预测控制算法,以提高平台系统的控制精度和稳定性.建立了带摩擦的稳定平台广义被控对象的数学模型,以增广形式的状态空间模型为基础,结合滚动时域控制原则,通过对稳定平台离散模型的状态空间形式进行增广变换,设计了增广状态空间模型下的预测控制器.仿真结果表明,稳定平台预测控制系统保证了钻井工程对控制精度和动态特性的要求,并且对有摩擦干扰力矩及模型参数摄动具有较强的鲁棒性.     

旋转导向钻井稳定平台的RBF网络滑模变结构控制

针对旋转导向钻井稳定平台存在的摩擦问题带来的不确定性,提出一种基于RBF神经网络的自适应滑模变结构控制方法,以提高稳定平台控制的精确性和抗干扰能力。使用RBF神经网络对稳定平台模型中的不确定性进行逼近,通过设计RBF网络节点的唤醒与激活阈值来减少网络规模,同时设计权值调整的自适应律,并结合滑模控制增强系统的鲁棒性。分别采用一般滑模变结构控制方法和RBF神经网络滑模变结构控制方法进行仿真实验,结果表明,RBF神经网络滑模变结构控制方法能够有效地逼近控制对象模型,有较强的鲁棒性。     

基于 CAN 总线的电动钻井通信系统

针对CAN总线技术特点,设计了基于AT90CAN32-15AZ芯片的电动钻井通信系统,完成了系统通信平台的硬件设计和软件设计.测试结果表明,系统能实现在复杂环境中的数据传输以及发送控制命令等,达到了钻井通信过程中数据通信的稳定性和实时性要求.本系统可以提高钻井效率,降低钻井成本,并能提高钻井作业的自动化程度和数据可信度.     

静止无功补偿器与发电机励磁协调自适应控制

采用直接反馈线性化、非线性控制和参数自适应控制方法,设计了电力系统中静止无功补偿器(SVC)与发电机励磁协调自适应控制器.该控制方法可以同时满足发电机功角稳定和SVC节点处电压稳定控制.对于电力系统中存在系统参数的不确定性问题,由于系统参数往往和系统实际运行状态相关,这使电力系统的稳定性降低,也增大了系统稳定控制的难度.考虑了系统参数的具体特点,实现了系统参数与状态的解耦,利用参数自适应控制方法,获得系统目标跟踪及稳定控制.仿真结果表明,该方法具有较好的实用效果和优越性.     

自升式钻井平台方案设计智能决策支持系统

总结了自升式钻井平台方案设计阶段的结构体系和设计流程,分析了自升式钻井平台方案设计的特征,提出了针对自升式钻井平台方案设计的智能决策支持系统的理论框架模型和具体实现方法.该系统具有交互性、开放性、智能性等特点,既可以根据需要生成自升式钻井平台的设计方案,形成可行方案集,又可以根据技术经济性、船东偏好等对可行方案集进行评定,选出最佳方案,缩短产品的设计周期,使评价更为可靠,为设计者、决策者提供了强有力的支持工具.将该系统用于91.4 m作业水深的自升式钻井平台的方案设计及优选,证明该方法是可行且可靠的.     

基于Ifix的半潜式钻井平台集成监控系统

针对目前海洋钻井平台中集成能力、可操作性和可扩展性存在的问题,分析了平台监控的设计思想和主要功能;应用OPC技术设计客户端实现了平台钻井系统集成监控的网络结构;研究了半潜式钻井平台各子系统集成监控技术;并以压载监控子系统的人机界面为例,采用IFIX工控组态软件进行了制作。此钻井平台集成监控系统具有独立性、可扩展性强等特点。     

基于非线性动力学特性的控制设计策略

通过对动力学中的非线性现象及其控制方法的探讨,研究了动力学中的非线性分岔特性,以经典的倒立振子/台车系统为例,考虑系统非线性特性,当控制变量的偏差大于某一值时,线性反馈控制难以使系统回复到原平衡位置.针对变结构控制的特点,基于动力系统中的非线性分岔特性和中心流形理论,提出了一种基于非线性的全局稳定的变结构控制策略,并可构造出相应的变结构控制器.以极限环及不稳定焦点为例进行了数值仿真,结果表明该控制设计策略具有良好的全局稳定性.