构造物理模拟实验台的控制和实验研究

摘要

油气盆地构造的形成过程和成因机制的研究具有十分重要的社会和经济意义。立足于国家战略，石油将成为国家的生命线。构造物理模拟实验是帮助地质学家认识构造变形过程、研究构造形成机制的重要方法，对我国油气资源勘探具有指导意义。 80年代中期以来，构造物理模拟方法在含油气盆地构造研究中取得了显著成就．在构造物理模拟实验过程中，人们一直十分重视盆地构造的砂箱研究工作，进行了一系列有关盆地伸展、挤压、反转、走滑构造的基础实验研究。 尽管我国科研人员家通过现有的构造物理模拟实验设备进行了大量的科学研究，并取得了丰硕的科研成果，但现有的试验设备仍然存在不少缺陷，不能更加科学的模拟含油气盆地浅层岩石脆性变形过程，为了能更加科学的模拟这个过程，在原有设备的基础之上，我们提出构建一种全新的构造物理模拟实验装置。该装置除具备国内现有设备的大部分功能之外还增加了新的实验功能。 考虑到实验装置的应该具有基本功能，本论文利用机械、电子和自动控制技术，完成了总体方案的设计，并解决了相关软硬件设计和制作过程中的一系列问题，构建起整个构造物理模拟实验装置(现已交付中国石油大学使用)。 该构造物理模拟实验装置的试运行试验结果显示，系统达到了预期的设计目标和功能。不仅能实现原有设备的“一维二向”构造物理模拟实验，还能进行“二维四向”构造物理模拟实验，取得了较多的科研成果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文背景

1.2国内外现有“构造物理模拟实验”装置的现状

1.3国内“构造物理模拟实验”装置的发展方向

1.4论文研究的工作内容及章节安排

1.4.1论文研究的目标

1.4.2论文结构安排

第二章构造物理模拟实验台运动分析及研究

2.1现有实验装置的实验功能简介

2.1.1伸展构造

2.1.2收缩构造

2.1.3走滑构造

2.2新型构造物理模拟实验台的技术要求

2.3构造物理模拟实验台结构规划

2.4构造物理模拟实验台机械结构设计与研究

2.4.1挤压和拉伸实验中的活动挡板的设计与研究

2.4.2剪切实验中剪切挡板的设计与研究

2.5机械传动机构的设计与研究

2.5.1滚珠螺旋传动

2.5.2谐波齿轮传动

2.5.3传动机构的组成

2.6本章小结

第三章构造物理模拟实验台底层驱动设计与研究

3.1构造物理实验台的控制系统组成及原理

3.2核心控制芯片的选型

3.3步进电机选型

3.4步进电机驱动器选型

3.4.1步进电机单电压驱动

3.4.2步进电机双电压法驱动

3.4.3步进电机斩波驱动

3.4.4步进电机细分驱动

3.5底层驱动硬件电路设计

3.5.1 Cygnal C8051F330D与上位机PC接口电路设计

3.5.2单片机与光电编码器的接口电路设计

3.5.3单片机间的SPI串行通信电路

3.5.4限位开关保护电路设计

3.5.5单片机与电机驱动器接口设计

3.6本章小结

第四章构造物理模拟实验台底层驱动软件研究

4.1底层驱动软件设计总体设计思想

4.2主程序设计

4.3启动子程序设计

4.4调速子程序设计

4.5复位子程序设计

4.6 UART异步串行通信程序设计

4.7同步SPI串行通信程序设计

4.8本章小结

第五章构造物理模拟实验台上位机控制软件研究

5.1前言

5.2控制软件开发工具选择和模块的设计

5.3控制软件中重要的模块的开发

5.4构造物理模拟实验台上位机控制软件设计的实现

5.4.1用户登陆界面及主界面

5.4.2电机实时控制及位移显示界面

5.4.3通讯设置界面窗体

5.4.4数据库管理界面

5.4.5用户管理窗体

5.5上位机控制软件流程规划

5.6本章小结

第六章构造物理模拟实验台运行实验及性能分析

6.1前言

6.1.1实验平台

6.1.2实验目的

6.1.3实验方法

6.2拉伸和挤压实验及性能分析

6.2.1低速拉伸和挤压实验

6.2.2中速拉伸和挤压实验

6.2.3高速拉伸和挤压实验

6.3本章小结

第七章论文总结与展望

7.1论文总结

7.2研究展望

参考文献

附录

致 谢

攻读硕士期间发表的学术论文