發(fā)布時間：2020-07-22 02:37

【摘要】：能源對于我們?nèi)祟惿鐣��?dāng)前生存和未來發(fā)展的重要性毋庸置疑,在任何國家和地區(qū)能源都有著最重要的戰(zhàn)略地位。當(dāng)今世界,在人類社會消費(fèi)的能源中,石油牢牢占據(jù)著最重要的地位,而用來對石油資源進(jìn)行先前勘探以及規(guī)模開發(fā)的裝置就是石油鉆機(jī)。它是成套的設(shè)備,作為一個聯(lián)合機(jī)組,由眾多的系統(tǒng)和配套的設(shè)備所組成。其中,動力系統(tǒng)設(shè)備為石油鉆機(jī)的運(yùn)行提供動力。由于永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕,與其它電機(jī)相比,永磁同步電機(jī)在結(jié)構(gòu)方面的靈活性使其在驅(qū)動負(fù)載、精簡設(shè)備方面有明顯優(yōu)勢。除此之外,永磁同步電機(jī)還具有高功率密度、高效率、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。因此本文將永磁同步電機(jī)作為石油鉆機(jī)系統(tǒng)的動力設(shè)備,研究其控制策略。本文分析了石油鉆機(jī)系統(tǒng)中絞車、鉆井泵和轉(zhuǎn)盤這三大工作機(jī)組的運(yùn)行情況,之后對永磁同步電機(jī)的基本機(jī)構(gòu)、常見分類和三大坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型及三者之間的坐標(biāo)變換進(jìn)行介紹。對于三個坐標(biāo)系間的坐標(biāo)變換進(jìn)行了詳細(xì)的分析,并建立了dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上建立了永磁同步電機(jī)的矢量控制模型。針對石油鉆機(jī)過程具有的非線性、不確定性和時變的特點(diǎn),將模型預(yù)測控制算法中的動態(tài)矩陣預(yù)測控制算法應(yīng)用于永磁同步電機(jī)的速度環(huán)控制中,經(jīng)過對被控對象的模型預(yù)測、對控制量的滾動優(yōu)化和最后的反饋校正,最終實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制,在Matlab/Simulink環(huán)境下建立模型進(jìn)行仿真,并與傳統(tǒng)的速度環(huán)PI控制進(jìn)行對比,證明了基于動態(tài)矩陣預(yù)測控制的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)在動態(tài)響應(yīng)和魯棒性方面的優(yōu)越性。在分析石油鉆機(jī)系統(tǒng)工作機(jī)組運(yùn)行情況時,又考慮到鉆機(jī)系統(tǒng)工作環(huán)境及工作狀況的復(fù)雜性,當(dāng)發(fā)生未知且不可預(yù)測的外部擾動或者模型失配較嚴(yán)重的情況時,會使整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制性能出現(xiàn)明顯的下降,同時電機(jī)自身的參數(shù)也會發(fā)生變化,進(jìn)而影響整個鉆機(jī)系統(tǒng)的正常工作。因此針對復(fù)雜工況下的負(fù)載擾動、電機(jī)參數(shù)變化等問題,設(shè)計(jì)了基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器的擾動前饋補(bǔ)償裝置,將動態(tài)矩陣預(yù)測控制和擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器相結(jié)合。通過仿真分析對比,證明了具有擾動前饋補(bǔ)償裝置的動態(tài)矩陣預(yù)測控制具有更好的動態(tài)響應(yīng)性能,并且在負(fù)載干擾下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性更高,說明該控制策略更能匹配石油鉆機(jī)系統(tǒng)在復(fù)雜工況下對于驅(qū)動電機(jī)的控制要求。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE922

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本文編號：2765194