Разработка систем управления с прогнозированием для электроприводов механизмов с распределенными параметрами

• Автор: Ишханов, Павел Эдуардович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1996
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ В
СИСТЕМАХ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
1.1 Предпосылки использования прогнозирования
1.2 Классификация и особенности систем с распределенными параметрами
1.3 Перспективность применения прогнозирования в системах с
распределенными параметрами
1.4 Методы и варианты применения прогнозирования, применимые в
системах с распределенными параметрами
1.5 Перспективность применения прогнозирования в системе управления
электропривода регулятора подачи долота
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
РЕГУЛЯТОРА ПОДАЧИ ДОЛОТА
2.1 Принцип действия наземного регулятора подачи долота
2.2 Математическое описание талевой системы буровой лебедки
2.3 Математическое описание колонны бурильных труб
2.4 Передаточная функция колонны бурильных труб, характеризующая
динамические процессы в колонне бурильных труб
2.5 Совместное решение уравнений системы электропривод — колонна
бурильных труб
2.6 Система управления электроприводом подачи долота
2.7 Исследование динамических характеристик электропривода подачи долота
с ПИ-регулятором нагрузки на долото
Выводы по главе
3: ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В
ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ С ПРОГНОЗИРУЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ
3.1 Включение прогнозирующего устройства на вход системы
3.2 Исследование динамических характеристик электропривода подачи долота
с прогнозирующим устройством на входе регулятора осевой нагрузки
Выводы по главе

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ С ПРОГНОЗИРУЮЩИМ РЕГУЛЯТОРОМ ВЫХОДНОЙ КООРДИНАТЫ
4.1 Исходные принципы, положенные в основу работы прогнозирующего регулятора
4.2 Построение прогнозирующего регулятора
4.2.1 Т естирование системы
4.2.2 Определение формы управляющего воздействия и формирование
эталонного переходного процесса
4.2.3 Алгоритм работы прогнозирующего регулятора
4.2.4 Исследование переходных процессов в системе с полученным регулятором
4.3 Сравнение динамических характеристик в системах с прогнозирующим регулятором нагрузки на долото и с ПИ-регулятором при различных
начальных условиях
4.4 Влияние параметров электромеханической системы на качество регулирования нагрузки на долото при использовании пронозирующего регулятора осевой нагрузки
4.4.1 Влияние изменения длины колонны бурильных труб на качество регулирования осевой нагрузки при неизменных коэффициентах прогнозирующего регулятора
4.4.2 Влияние изменения коэффициента жидкостного трения на качество регулирования осевой нагрузки при неизменных коэффициентах прогнозирующего регулятора
Выводы по главе
5. АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОДАЧИ ДОЛОТА С ПРОГНОЗИРУЮЩИМ РЕГУЛЯТОРОМ НАГРУЗКИ НА ДОЛОТО
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Задачи об оптимальном управлении электроприводами являются весьма актуальными, имеют большое экономическое значение, поскольку повышение производительности механизмов в современных условиях во многом зависит от повышения производительности электропривода. В тоже время, производительность и эксплуатационные параметры электропривода часто зависят от закона управления и при переходе на оптимальное управление могут быть существенно увеличены.
Особое значение это обстоятельство приобретает в наше время — время активного использования микропроцессорной технологии при проектировании систем управления электроприводами. Ведущие фирмы-поставщики электротехнического оборудования широко используют микропроцессорные автоматизированные системы управления электроприводов, обеспечивающие высокую точность, быстродействие, надежность и гибкость электропривода, что позволяет программно изменять его характеристики и выполняемые функции, не изменяя при этом элементной и схемной базы системы управления.
Задачи оптимального управления приводами при сосредоточенных параметрах объекта достаточно подробно освещены в работах [1,2,3,4 и др.]. Причем приведенный в [1] анализ работы существующих систем показывает их ограниченную реакцией на факт наличия ошибки или воздействия способность получения оптимальных процессов функционирования. Существенно расширяются возможности систем, если судить о тенденциях развития процесса с учетом предыдущих состояний электропривода в каждый фиксированный момент времени за счет информации, полученной на стадии наладки, эксплуатации, или, если это невозможно, при моделировании. Поэтому в [1] предлагается алгоритм контроля или регулирования координат в системах управления электропривода механизмов с сосредоточенными параметрами, основанный на прогнозировании изменения ошибки регулирования путем предварительного тестирования системы.
Однако многочисленной и весьма ответственной группой являются электроприводы, включающие звенья с распределенными параметрами. Реальными аналогами таких систем являются буровые электроприводы, в частности, приводы лебедки с повторно-кратковременным режимом работы и большой частотой включения.

где /у, 12,13 — длины соответствующих канатов;
с о — жесткость единицы длины каната, определяемая по формуле:
с0 = Шч (2.21)
где к — коэффициент свивки каната;
Е — модуль упругости стали проволок;
Е — площадь сечения стали проволок.
2.3 Математическое описание колонны бурильных труб
При математическом описании колонны бурильных труб (КБТ) как элемента с распределенными параметрами принимается ряд допущений:
1) колонна бурильных труб рассматривается как прямолинейный стержень круглого сечения, который характеризуется зависящими от пространственной координаты значениями диаметра, момента инерции, массы, упругости и т.д.;
2) считается, что скважина заполнена раствором и жидкостное трение подчиняется закону вязкого трения первого рода, т.е. сила трения пропорциональна скорости.
3) Принимается упрощенная модель забоя, в которой взаимодействие долота с породой определяется коэффициентом Ъ (см. (2.5)).
Пространственная координата х отсчитывается от устья скважины, т.е. сверху вниз.
Хотя в данной работе рассматривается режим турбобурения, где превалируют продольные колебания КБТ, в [23] показано, что и крутильные колебания могут быть сведены к уравнениям, имеющим аналогичную форму, и для них соответственно используются те же методы решения, что позволяет перенести результаты исследования, скажем, на режим роторного бурения.
Продольное движение КБТ описывается системой дифференциальных уравнений в частных производных:
т0(х) д = -Мя-Нх.О - /0(д )вр1(К*,О) Р0(х) + Р0А(х)
О { ох
(2.22)
УТУх,/) . дт(х,/)
——— = -с0(х)
д I ох
где /Ух, I) и у (х, г) — усилие и линейная скорость в сечении КБТ, отстоящем от устья скважины на расстояние х;