泵阀协控系统在带压作业装置中的应用研究

摘要

液压举升系统是油田带压作业装置在修井作业中的核心部件，一般采用双路液压缸同步驱动，其稳定性和作业精度直接影响了整个装置的性能。本课题主要研究泵阀协控电液伺服系统在带压作业装置中的应用问题。
　　利用泵阀协控的思想，对带压作业装置液压举升系统进行了方案设计，针对装置的工作特性，将举升油管的工作过程分为泵控模式和阀控模式，对油管的位置进行分时段控制。一个工作循环中，泵控模式运行精度要求不高的大部分路程，此时效率高，节能；在油管需要定位时采用阀控模式，以满足系统较高的定位精度和同步精度。
　　针对工作模式下系统物理结构的不同，分别建立了泵控模式和阀控模式下系统的数学模型，分析了不同模式和不同工况下系统模型的异同。
　　泵控模式下，双路系统的同步性由分流集流阀决定，只需对单路系统进行研究。设计PID控制器对标称系统进行校正，并对不同工况下系统参数摄动的情况进行分析，建立鲁棒控制模型，设计了鲁棒Hinf控制器。利用MATLAB/Simulink进行了仿真分析，研究参数大范围摄动情况下，PID控制器和鲁棒控制器的信号跟踪性能。仿真结果显示鲁棒控制器对参数摄动带来的影响有较好的抑制效果，具有良好的信号跟踪能力。
　　阀控模式下，双路系统的同步性由两个伺服阀进行控制。对阀控系统参数摄动情况进行建模，设计PID和鲁棒控制器，对单路系统的性能进行了仿真分析。为了减小双路系统的同步误差，搭建三种经典同步控制回路来进行控制，并进行了仿真分析，比较分析三种同步控制方案对同步误差的控制效果。
　　最后基于Simulink的xPC Target模块和实验室现有的两套液压伺服实验台搭建半物理仿真实验平台，进行阀控模式系统的实验验证。针对试验台的参数，分别设计出两套系统的PID控制器和鲁棒Hinf控制器，对单路系统，实验验证系统的信号跟踪能力；对双路系统，通过实验分析三种不同的同步控制回路在分别采用鲁棒Hinf和PID控制器时系统同步误差的变化情况。实验结果与仿真结果基本吻合。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的

1.2 带压作业装置举升系统研究现状及分析

1.3 泵阀协控系统研究现状及分析

1.4 电液伺服控制理论概述

1.5 主要研究内容

第2章 带压作业装置举升系统设计和建模

2.1 引言

2.2 系统总体方案设计

2.3 阀控模式系统建模

2.4 泵控模式系统建模

2.5 泵控模式和阀控模式的比较

2.6 本章小结

第3章 泵控模式控制器设计和仿真

3.1 引言

3.2 鲁棒控制原理

3.3 系统摄动因素分析

3.4 系统PID控制器设计

3.5鲁棒Hinf控制器设计

3.6 系统仿真

3.7 本章小结

第4章 阀控模式控制器设计和仿真

4.1 引言

4.2 参数摄动分析

4.3 PID控制器设计

4.4 鲁棒H∞控制器设计

4.5 系统仿真

4.6 本章小结

第5章 实验验证分析

5.1 引言

5.2 实验台硬件组成结构及原理

5.3 实验流程

5.4 单路系统实验验证与分析

5.5 双路系统实验验证与分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢