水平井作业机器人分布式控制系统研究

摘要

我国对国际石油市场的依赖度逐年上升，目前已经成为世界第二大石油进口国，这对我国维持稳定安全的能源供应是不利的。所以我国要提高在油气开采方面的技术，特别是提高对高凝油、稠油、裂缝及薄层等特殊油气田的开发技术。对特殊油藏的开发促进了水平井技术的发展。将水平井技术和牵引机器人技术相结合，研制出的水平井作业机器人，可以有效地完成复杂的水平井作业，已经成为水平井中最为常用的输送工具。
　　本论文研究的水平井作业机器人能完成牵引、定位检测、井下状态检测和操作井下阀门等井下作业，还可以根据实际需求快速的集成其他操作功能模块从而完成更多的井下作业。由于水平井作业机器人的结构复杂、需要完成的功能较多，采用集中控制无法满足控制系统的要求，所以采用分布式的控制方法，将系统功能分解到各个单元，具有布线少、扩展性强、可靠性高等优点。本论文主要研究水平井作业机器人分布式控制系统，具体研究内容及主要工作可以概括为以下几个方面：
　　首先，根据水平井作业机器人的结构和功能特点、工作环境要求以及控制要求，对水平井作业机器人分布式控制系统的控制方案进行研究，研究内容包括：上位机和下位机控制方案、电源分配方案、数据通信方案、电机的过载保护方案和电机的速度控制方案等，并在此基础上提出分布式控制系统的总体方案。
　　然后，对分布式控制系统的软硬件进行设计，将系统的功能分解到各个模块，完成单片机控制模块、电机驱动与检测模块和电力线载波通信模块的工作原理和硬件电路设计，并且完成上位机和下位机的软件流程和可靠性设计等。
　　最后，对分布式控制系统进行实验研究，实验内容包括电力线载波通信阻抗匹配设计效果的对比测试实验、无刷直流电机的实验研究和管道内综合测试实验，通过实验验证分布式控制系统的可行性和可靠性。
　　虽然本文基本实现了研究目标，但还可以从理论和实际应用两个方面进行更深入的研究。在本文的最后总结了整个论文的工作和研究成果，并提出了对未来研究工作的展望。

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第1章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2水平井作业机器人分布式控制系统研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 水平井作业机器人分布式控制系统总体方案

2.1水平井作业机器人分布式控制系统总体要求

2.2水平井作业机器人控制方案的研究

2.3水平井作业机器人分布式控制系统总体方案设计

2.4本章小结

第3章 水平井作业机器人分布式控制系统设计

3.1分布式控制系统硬件设计

3.2分布式控制系统软件设计

3.3本章小结

第4章 水平井作业机器人分布式控制系统实验研究

4.1电力线载波通信的阻抗匹配设计效果的对比测试实验

4.2无刷直流电机的实验研究

4.3管道综合测试实验

4.4本章小结

第5章 总结与展望

5.1论文总结

5.2问题和展望

致谢

参考文献

附录A 研究生期间发表的论文