钻机旋转系统的自适应PID控制策略

摘要

钻井过程中钻头的黏滑振动会导致钻头失速,引起钻机旋转系统发生故障,从而降低钻井渗透率,增加钻井成本。为此建立了钻机扭转特性模型,并提出了自适应PID控制策略用于抑制黏滑振动。首先对系统进行输入状态线性化控制,补偿钻机非线性特性引起的黏滑运动;其次设计自适应PID控制,使其在旋转系统参数大范围的变化和不确定的情况下,自适应控制保证系统输出的跟随控制及最优工作状态,同时PID控制加快系统动态响应速度,缩短系统调节时间。针对钻机扭转特性模型及钻头和岩石间摩擦扭力模型进行仿真试验,结果表明,自适应PID控制可有效抑制钻头的黏滑振动,改善钻机旋转系统工作的动态及静态响应特性,提高系统的稳定性和可靠性。