基于ESO的旋转导向用电机控制方法研究

旋转导向钻井系统应用于定向井,被认为是现代导向钻井技术发展的方向.无刷直流电机是旋转导向系统的一个重要组成部分.井下环境复杂、未知干扰多,使得在定向井中对电机的精确控制提出了更高的要求.设计了一种基于扩张状态观测器(ESO)的PID控制器,ESO能够很好的估计出未知扰动并给出控制量补偿扰动.通过模拟井下负载扰动实验结果表明,该控制器能够很好的抑制扰动,精确制导.该控制器在旋转导向系统中的成功应用可为其他定向井钻井技术提供参考和依据.     

基于稳定补偿状态观测器的旋转导向钻井轨迹跟踪控制

旋转导向钻井是近年来应用于钻井作业中的一种新型导向钻井技术,具有成本低、钻速高、井眼轨迹平滑、可延长水平段等优点。针对一种旋转导向钻井系统的井眼轨迹跟踪问题,分析了系统模型的渐近稳定性;实现了一种基于状态反馈的二维井眼轨迹跟踪控制器。为了克服滞后项所导致的状态观测器稳定问题,提出了一种基于稳定补偿的状态观测器设计方法。控制系统设计的整体思路是利用基于指数趋近律的积分滑模变结构方法实现稳定补偿控制,保证了状态观测器的渐近稳定性;同时为提高系统整体性能,进一步使用遗传算法对系统控制器和观测器参数进行了优化。通过对不同的给定钻井轨迹进行对比仿真实验,验证了所提的控制系统设计方法的有效性。     

有源交变磁场导向定位方法及实验研究

以往传统的随钻测量设备无法满足复杂结构井钻井技术高可靠,高精度的需求.为了精确钻进井眼轨迹,提出了1种基于有源交变磁场导向定位的钻井测量技术.通过研究旋转正交磁偶极子在空间的传播特性,利用低频交变磁场作为信号源,经目标靶区磁场信号采集与处理,结合常规随钻测量技术,计算出钻头与目标靶点间的相对方位和距离偏差,进而为钻进工...     

旋转导向钻井工具中的压力采集系统设计

根据旋转导向钻井工具开发的需要,设计了一种适用于高温度环境的高精度压力采集系统,介绍了系统硬件电路设计及温度补偿算法原理.硬件设计中传感器信号放大调理电路、模数转换电路使用高精度、低温漂器件降低温度影响.系统通过实验标定方式得到压力传感器补偿参数,采用线性插值方法对压力传感器输出进行全范围温度补偿,得到实际压力值.实验结果表明,该压力采集系统能有效地降低温度对压力测量的影响,压力测量的精度可以达到满量程0.1％,满足实际应用要求.     

导向钻井命令下传的实现方法及参数分析

利用钻井液的流量突变将地面指令发送到井下,是旋转导向钻井技术实现轨迹控制的有效手段。研制了地面负压脉冲发生器和井下压力脉冲检测系统,对不同的井深、钻井液回流量和脉冲宽度开展了大量的井下测试和试验,获取了井下接收的压力脉冲波形,比较分析了各种参数对井下脉冲信号的影响,以指导压力脉冲下传系统的设计和参数选择。     

闭环控制下单丝扭摆微牛级推力测量系统

针对空间引力波探测任务对微推力测量需求,开发出一套基于闭环控制的单丝扭摆微牛级推力测量系统。 基于扭摆式 微推力测量原理,给出了微推力测量装置详细设计方案,重点分析了扭丝结构、角位移测量、电磁标定力以及闭环控制系统,通 过实验测量对该微推力测量装置进行标定,最后开展误差分析。 测试结果表明,开环状态下扭丝刚度约为 0. 003 25 N·m/ rad, 与理论值误差约 4. 0%;闭环状态下推力测量范围 0. 1~ 246. 0 μN,最小分辨率优于 0. 1 μN,相对不确定误差为 1. 174%,满足对 微推力器推力测量范围、分辨率和精度的测量要求。     

基于混合磁悬浮原理的直线感应电动机测试平台数字控制器设计

推力和垂向力是城市轨道交通车辆牵引用直线感应电动机(LIM)的两个重要技术指标.提出一种基于混合磁悬浮原理的LIM推力和垂向力的测试方法,即采用非接触的方式可同时精确测出LIM的推力和垂向力.介绍了测试平台原理和系统的总体控制方案,对悬浮系统的控制器进行了设计,并通过悬浮实验验证了所设计的控制器能够满足悬浮控制的要求.     

基于Small RTOS51的旋转导向钻井工具主控制器设计

根据旋转导向钻井系统的需要,设计了一种基于嵌入式实时操作系统的主控制器模块.介绍了主控制器的具体功能,单片机的选型,硬件电路设计和实时操作系统的软件设计.在基于C51的单片机ADUC845上,移植了适合C51系统的嵌入式实时操作系统Small RTOS51,并通过精心设计进程任务和信号量实现了主控制器的全部功能,实时性也满足要求.经实验验证和现场作业,该主控制器在复杂恶劣的井下环境中,可以实现对旋转导向钻井工具稳定可靠的控制,展示出良好的应用前景.     

推力矢量测试平台及原位校准方法研究

对于推力可调式固体姿轨控发动机,推力矢量参数是重要的测试物理量,为了研究固体火箭发动机推力矢量测试问题,提出一种推力矢量测试装置和测试系统。设计出一种固体姿轨控发动机推力矢量测试平台,对推力矢量测试平台的基座进行了模态仿真的分析,得出推力矢量测试平台基座的频率响应在390.71~417.92Hz。对所构建的固体姿轨控发动机推力矢量测试平台进行了测试。通过对推力矢量各分量的原位校准系统构建技术的研究,设计出一套满足单个喷管作用力校准的杠杆组,并进行标定,并得出了原位校准力值-砝码值对应表。对推力矢量主推力进行静态原位校准,并计算校准方程和回归方程,结果表明,该测试装置能够较为精确的测量出固体火箭发动机推力矢量,并且校准曲线的非线性与重复性良好,分别为0.45%、0.47%。     

SINAMICS120平台上异步电机旋转角度精确控制的研究与实现

在常规钻井作业过程中,导向钻井段若采用弯角式造斜动力钻具,容易产生钻具工具面漂移,导致井眼轨迹控制失败等问题。针对这一情况,急需一种可以实现井下定向动力钻具工具面的动态控制方法。提出了一种基于SINAMIC S120异步电机旋转角度的精确控制方法,该方法采用模糊控制并结合矢量控制技术对电机进行精确定位控制,通过matlab/Simulink仿真对算法进行了可行性分析,并在SINAMIC S120实验平台上进行算法验证。仿真和实验结果表明,提出的控制算法可以实现电机的精确定位,设计的控制系统具有控制精度高、动态响应快等特点。用这种异步电机驱动顶驱/转盘,可为实现钻井现场对井下钻具工具面的精确控制奠定坚实的基础。     

Power-steering control architecture for automatic driving

The unmanned control of the steering wheel is, at present, one of the most important challenges facing researchers in autonomous vehicles within the field of intelligent transportation systems (ITSs). In this paper, we present a two-layer control architecture for automatically moving the steering wheel of a mass-produced vehicle. The first layer is designed to calculate the target position of the steering wheel at any time and is based on fuzzy logic. The second is a classic control layer that moves the steering bar by means of an actuator to achieve the position targeted by the first layer. Real-time kinematic differential global positioning system (RTK-DGPS) equipment is the main sensor input for positioning. It is accurate to about 1 cm and can finely locate the vehicle trajectory. The developed systems are installed on a Citroe/spl uml/n Berlingo van, which is used as a testbed vehicle. Once this control architecture has been implemented, installed, and tuned, the resulting steering maneuvering is very similar to human driving, and the trajectory errors from the reference route are reduced to a minimum. The experimental results show that the combination of GPS and artificial-intelligence-based techniques behaves outstandingly. We can also draw other important conclusions regarding the design of a control system derived from human driving experience, providing an alternative mathematical formalism for computation, human reasoning, and integration of qualitative and quantitative information.     

基于支持向量机的直线电机推力波动前馈补偿

直线电机系统中,推力波动具有很强的非线性特点,是影响直线电机控制性能的重要因素之一。以结构风险最小化为学习规则的支持向量机进行推力波动模型辨识,来构成具有推力波动前馈补偿自适应控制单元的直线电机PID控制系统。该控制系统集合了PID线性控制和推力非线性补偿控制,以提高直线电机的轨迹跟踪精度。最后由Matlab仿真结果表明,基于支持向量机的推力波动模型比基于最小二乘法具有更高的辨识精度,控制系统具有更小的轨迹跟踪误差、更强的抗干扰性,从而提高直线电机定位精度。     

热工仪表自动检定维护管理系统的应用

通常的仪表检定过程较繁琐,且管理上无法保证检定人员的工作质量,因此现场仪表的检定精度很容易出现问题。介绍在台州发电厂应用的热工仪表自动检定维护管理系统,该系统实现了压力仪表的全自动检定;实现了管理与仪表检定一体化,变送器、逻辑开关、指示表检定一体化,现场检定与检定室检定一体化,显著地提高了检定效率,减轻了劳动强度,保证了检定精度,确保检定结果准确可靠、科学规范;可自动打印检定报告,提高了工厂的自动化管理水平和机组的安全可靠性。     

组合 FPGA 光电传感器阵列的 顶管机激光姿态测量系统

由于复杂多变的地质环境、推力不均、注浆不均、尾盾间隙不均等影响,顶管机在施工过程中实际顶进的轨迹与预期轨迹之间往往存在偏差,较大偏差会导致施工事故或严重的经济损失。采用坐标转换方法,设计了基于组合光电传感器阵列和PLC相结合的姿态测量系统,开发了相关实时显示的操作界面,用于实时显示测量的顶管机3个方向姿态角。并应用投影的方法,计算顶管机实时显示运行轨迹,辅助顶管机姿态控制。实验中进行人为模拟顶管机机头的运动偏差情况来验证该测量系统的准确性,实验表明,该激光测量系统点光源的坐标识别精度达3 mm,角度测量精度达0.1°,最大误差0.784°,符合顶管机施工要求,方便了顶管机姿态测量,提高了顶管施工质量和效率。     

基于可解释模型的火箭推力故障辨识与轨迹预测方法

针对运载火箭飞行过程中的强非线性和高不确定性问题,以及火箭推力下降故障对飞行过程可靠性和安全性的重大影响,基于注意力机制提出一种可解释机器学习模型以提高火箭推力下降故障检测、故障发动机定位、故障程度估计、以及故障后轨迹预测的准确性和鲁棒性,使用注意力层提取高维时序飞行监测数据的特征,以特征矩阵简洁表达高维时序数据,进而采用自注意力及全连接网络预测推力下降发生的位置和推力下降程度,并通过长短期记忆单元对特征向量进行解码实现未来时段内飞行轨迹准确预测。在火箭推力下降数据集上对提出的模型进行测试,验证了模型的有效性。结果表明,提出的模型的故障定位准确率为96.0%,故障严重程度估计精度为94.7%,轨迹预测平均误差为0.94%,提出的模型在推力下降故障模式中具有良好的应用效果。     

基于S7-1200的全液压动力猫道机控制系统的设计与实现

根据石油钻机自动上下钻具作业要求设计了猫道机自动控制系统,构建了S7-1200 PLC与便携式操作箱和工业监控设定触摸屏之间的网络架构,通过数字液压轴控制器实现了主动作液压阀的精准控制,在此基础上对阿托斯数字液压轴控制器参数设定和猫道机自动运行过程进行阐述,编写了主站PLC与触摸屏的软件程序,同时对监控设定触摸屏画面组态进行说明。通过主站PLC和数字液压轴控制器对现场数据的采集分析处理,实现了钻具快速、平稳、自动上送至司钻台和下放的控制执行功能。     

直接磁悬浮永磁直线电动机的鲁棒控制

为了削弱直线电动机数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,提出了一种新型的直接磁悬浮永磁直线同步电动机.首先利用有限元软件Ansoft对电动机进行了建模及分析,结果表明该电动机可以产生可控的悬浮力和推力.将矢量控制分别应用于两套绕组可以实现推力与悬浮力的解耦,进而可以将电动机的伺服控制系统分成两个独立的子系统.分别...     

装载机动态称重仪表的设计与实现

为提高装载机动态称重系统的精度,在装载机工作装置的动力学模型中加入了车辆行驶加速度,以补偿惯性力对称重结果的影响,完善了动力学模型。提出了动态称重仪表的软硬件设计方案,分别利用磁编码器、压力变送器、加速传感器,测量动臂的俯仰角度、举升油缸的油压及垂直于动臂方向的加速度,传感器信号经滤波处理后根据模型解算出装载的物料重量。实现了装载机动态称重功能及LCD显示、无线传输等扩展功能,并采用实验定标的方法补偿测量误差,经验证系统获得良好的测量精度。