基于自抗扰算法的钻杆黏滑控制方法研究

石油钻井过程中钻柱系统产生的黏滑是一类自激转矩振荡。黏滑过程中,钻头处于或转或停"黏滞-滑动"的状态,钻杆转矩振荡大,不仅影响钻井效率也威胁钻井作业安全。钻柱系统具有非线性、不确定性等特点,难以得到其精确模型。基于以上考虑,设计了自抗扰控制器,该控制算法可以对模型不确定因素以及外扰进行补偿,具有较好的鲁棒性。通过不断地整定自抗扰控制器的参数,在仿真实验中得到了良好的控制效果,能够有效地抑制黏滑振荡,具有广阔的工程应用前景。

利用电气阻尼抑制双环调速系统轴扭振机理

通常认为机械轴是刚体,实际上都有弹性,要扭转一定角度才能传递转矩。若其弹性变形不可忽略,轴系变成一个振荡环节,有可能导致扭振,曾引发许多电机轴系损坏重大事故。双环调速系统常用的抑制方法是在转速环中插入陷波滤波器,有效果,但较难调。建议通过控制电机转矩引入电气阻尼来抑制扭振,介绍了其原理,指出双环调速系统本身能通过转速反馈引入电气阻尼,使之具有一定抑制能力。介绍了2种进一步加强电气阻尼的方法:增设转速微分环节和负荷观测器。油气钻机在钻井时常发生黏滑振荡,是一种因钻头在从静摩擦过渡到动摩擦时阻转矩突变激发的钻杆弹性扭曲振荡,危害很大。它也属弹性机械轴(钻杆)扭振,也可通过引入电气阻尼来抑制。因其振荡频率特别低(<1 Hz)及振荡时电机转速波动非常小,实现方法有所不同。

基于LuGre模型的气动位置伺服系统摩擦补偿控制

气动伺服系统的摩擦力/驱动之比较大,摩擦力模型复杂、受影响因素较多且存在一定的不确定性,导致精确建模比较困难;另一方面,摩擦力和气体的低刚度、弱阻尼特性相互作用导致爬行、黏滑振荡现象,严重影响了伺服系统的动态及稳态性能的提升。在综合考虑摩擦力特征、系统自身非线性、未建模动态不确定性及摩擦力和系统性能相互影响的基础上,结合LuGre摩擦模型,采用双观测器估计摩擦力模型中的部分不确定性参数,提出非线性自适应反步摩擦补偿控制方法。通过在低速和高速工况下分别进行试验验证,并与PID控制方法进行比较,结果表明非线性自适应反步摩擦补偿控制方法有效改善了起步阶段的动态滞后现象,减少了低速工况下爬行及高速工况下的黏滑振荡现象,提高系统的响应速度及跟踪精度。