半主动式钻井绞车升沉补偿系统

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1、石油勘探与开发6202013年10月PETR0LEUMEXPL0RT10NANDDEVEL0PMENTVb1．40NO．5文章编号：1000—0747(2013)05—0620—05DOI：10．11698／PED．2013．05．18半主动式钻井绞车升沉补偿系统黄鲁蒙，张彦廷一，张磊，刘美英(1．中国石油大学(华东)机电工程学院；2．浙江大学流体传动及控制国家重点实验室)基金项目：国家自然科学基金(50875262)；浙江大学开放基金项目(GZKF一201025)中国石油大学(华东)研究生创新X-程资助项目(CX2013055)摘要：为了简化海洋钻井绞车升沉补偿系

2、统的结构、降低主动式绞车补偿系统的能耗，通过系统结构设计、系统建模、内模PID鲁棒位移控制器设计等，设计了一种半主动式海洋钻井绞车升沉补偿系统，并通过非线性时域仿真与实验研究对系统进行了验证。系统结构设计实现了升沉补偿与自动送钻两种运动的解耦控制，降低了系统能耗。系统建模时采用质量集中法和能量守恒原则对系统进行了简化。提出了外环大钩位移闭环与内环电机转速闭环的双层控制方案，设计了外层内模PID鲁棒位移控制器，内模控制在模型匹配与模型失配情况下的稳态偏差均为零，滤波器时间常数越小动态性能越好、抗干扰能力越强。仿真模拟和实验研究的补偿率均在90％以上，补偿效果良好，系统

3、具有可行性。图8参14关键词：钻井平台；绞车；升沉补偿；半主动式；系统设计中图分类号：TE52文献标识码：ASemi-activedrillingdrawworksheavecompensationsystemHuangLumeng，ZhangYanting，ZhangLei，LiuMeiying(1．CollegeofMechanicalandElectronicEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao266555，China；2．StateKeyLaboratoryofFluidPowerTransmissio

4、nandControl，Zh~iangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Inordertosimplifythestructureoftheoceandrillingheavecompensationsystemandreducetheenergyconsumptionofactivedrawworksheavecompensationsystem，anewtypeofsemi—activedrawworksheavecompensationsystemwasdesignedthroughstructuredesign

5、，systemmodelingandinternalmodelPIDrobustdisplacementcontrollerdesign．Thenthefeasibilityofthesystemwasverifiedbynon—lineartimedomainsimulationandexperimentalstudy．Thestructuredesignrealizesdecouplingcontrolofheavecompensationandautomaticbitfeed，reducesenergyconsumptionofthesystem．Thesys

6、temissimplifiedtobuildsimulationmodelbylumpedmassmethodandenergyconservationprinciple．Thedoublecontrolschemeofhookdisplacementclosedloopintheouterloopandmotorspeedclosedloopintheinnerloopisputforward，theinternalmodelPIDrobustdisplacementcontrollerofouterloopisdesigned．Thesteady—statede

7、viationofinternalmodelcontroliszerowhenthemodelismatchingormismatching．Thedynamicperformanceandresistingdisturbancecapacityoftheinternalmodelcontrolisbetterwhenthefiltertimeconstantissmaller．Thecompensationrateisabove90％bysimulationandexperimentalresearchresults，thecompensationefecti