基于滑模PI控制交流变频钻机旋转系统

2012-07-13李琳雷蓓

电子设计工程 2012年5期

李琳，雷蓓

（西安石油大学陕西省钻机控制技术重点实验室，陕西西安 710065）

钻井过程中很多不确定因素，如：地层复杂性、隐蔽性及钻机的运行特性等会引起钻机旋转系统的粘滑振动[1]，影响钻头的跟随性，即在转盘以恒速运行的状态下，钻头速度在0～6倍的钻杆旋转速度之间瞬变，从而导致钻杆疲劳、钻杆组合故障、井眼不稳定及钻头损坏等事故的发生。

针对粘滑振动引起的系统不稳定性问题，已经探究了相关的建模，并对驱动系统及其控制策略进行了研究。在钻杆特性的建模方面，大多数研究都是将钻杆等效为一个具有不同自由度的扭力摆体，建立集中参数模型[2-7]，同时考虑了钻杆组件之间及钻杆和地层之间形成的摩擦效应[8]。在驱动方面，大多数都采用直流电机作为驱动，忽略了交流电动机的优点，为此本文采用交流变频异步电动机作为驱动，通过有效地控制电机的输出特性，保证对钻头良好的过载保护特性和控制作用等特点[9]。在控制策略方面，采用了滑模PI控制，有效地抑制钻井过程中的粘滑振动和各种干扰。

在钻机的运行过程中，由于运行特性变化及存在的干扰问题，使系统存在很多不确定的和变化的参数，文中提出的滑模PI控制策略，将其应用到钻机交流调速旋转系统中，通过仿真验证了控制方法良好的控制性能。