井下液压导向纠斜机构输出力的PWM控制研究

摘要

某型号钻具为一种新型的石油自动垂直钻井工具,钻具上实现主动纠斜的核心部件是液压导向纠斜机构。该钻具由于不能对其纠斜力进行连续调节,从而使得钻具的井下纠斜精度和效率受到较大影响,论文将讨论在不改变钻具现有结构、参数的前提下,通过电控手段对钻具的纠斜力进行连续调节的方法。
　　该型钻具中的导向纠斜机构是以单柱塞泵阀控缸压力控制系统为核心的微型液压动力系统,其流量小且不连续。这种系统的最大输出压力(等效于最大纠斜力)由溢流阀调定。为了对溢流阀调定压力以下的系统输出压力进行调节以实现该款钻具纠斜力的连续控制,本文在对系统的流量-压力特性进行理论建模分析的基础上,提出了利用导向纠斜机构上的二位二通电磁阀对该液控系统的泄漏进行主动控制,从而实现纠斜缸输出压力的可控调节的特殊PWM控制方法。论文详细分析了单向阀阀芯动作延迟对电磁阀断电时刻的影响。为了实现这种特殊的PWM控制,分析了电磁阀的PWM控制原理和工作特性,在对系统的脉宽调制机理进一步阐释的基础上,提出了PWM控制的具体实施策略;并推导出了系统输出压力与脉宽参数之间的函数关系。借助AMEsim和Matlab/simulink两套软件进行了系统PWM控制的联合仿真研究;在理论与仿真分析的指导下,最终对液压导向纠斜机构进行了PWM控制效果的实验测试,结果表明:针对这种特殊的液压系统,提出的这种对电磁阀通-断电切换时刻无严格要求的PWM方法是可行的。

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第一章 绪论

1.1 本论文的研究背景

1.2研究意义

1.3 PWM技术的研究现状

1.4本文的研究内容

第二章 系统流量压力特性分析

2.1井下纠斜机构液压系统工作原理及特点

2.2 排油单向阀流量压力特性分析

2.3 吸油单向阀流量压力特性分析

2.4 液压泵流量压力特性分析

2.5本章小结

第三章 纠斜机构液压系统PWM控制的机理分析

3.1 电磁阀的PWM控制

3.2 系统的PWM控制机理

3.3 PWM控制机理仿真分析

3.4本章小结

第四章 导向纠斜机构PWM控制的仿真分析

4.1 联合仿真的意义

4.2 AMEsim与Matlab／Simulink联合仿真接口设置

4.3 系统联合仿真模型的搭建

4.4 仿真结果分析

4.5 本章小结

第五章 液压导向纠斜机构的PWM控制实验研究

5.1 实验系统

5.2 软件开发

5.3纠斜集成块控制实验结果与分析

5.4小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间发表的论文

附录2攻读硕士学位期间参加的科研项目