改进的电动钻机柴油发电机组调速系统研究

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1、.改进的电动钻机柴油发电机组调速系统研究摘要：针对传统电动钻机柴油发电机组调速系统,在不同工况下由于模型参数变化而引起的新的控制问题，设计了一个基于模糊控制与pi调节相结合的调速系统。该系统主要利用了模糊控制对被控对象非线性和时变性有很强适应能力的特点，在转速误差较大时进行模糊控制，当系统调节到稳定状态附近时进行pi调节。仿真实验结果表明该系统比传统pid控制和模糊控制在控制精度、稳定性方面都有很大提升。关键词：电动钻机；柴油发电机组；模糊控制；....pid柴油发电机组是油田钻井设备的重要组成部分，是电动钻机的动力之源。对于柴油发

2、电机组而言，柴油机的速度控制直接影响输出电的品质，调速性能是决定整个发电机组电气性能的关键，它的好坏决定了柴油机的频率特性、电压特性及带载能力［1］。传统的控制系统普遍采用pi或pid调节的控制方法，其受被控系统模型的非线性和时变性影响较大，而电动钻机柴油发电机组在不同工况、不同工作环境中的模型参数都会有较大变化，因而传统的pid控制方法很难保证所设定的调速参数在整个系统变化范围内达到最优，而模糊控制在平衡点附近难以达到较高的控制精度。因此，为了对柴油机进行准确的速度控制，增强抗干扰能力和鲁棒性，提高响应速度和稳态精度，本文提出了基

3、于模糊控制与pi调节相结合的柴油机的调速系统，避免了常规控制理论中因建模带来的麻烦，依靠长期积累的操作经验，对被控系统模糊参数的变化有很强的适应能力，而且在平衡点附近有较高的控制精度。1fpi复合控制器模糊控制器具有能适应被控对象非线性和时变性的优点，而且鲁棒性较好。但是它的稳态控制精度较差，控制欠细腻，尤其在平衡点附近难以达到较高的控制精度，同时缺少积分控制作用，不宜消除系统的静差。由于二维模糊控制器有两个分量：偏差和偏差变化率，相当于有了pid控制器中的比例和微分两个环节，缺少积分环节，所以该设计采用fpi复合控制器，可以消

4、除稳态误差，获得较高的稳态精度，又能具有较快的动态响应。这种设计比单个模糊控制器具有更高的稳态精度，消除盲区，同时又比经典的pi或pid控制器具有更快的动态响应特性，使系统能更快的趋于平衡点。图1为fpi复合控制器的示意图。在输入信号e之后，设置了一个带阈值的模态转换器。根据阈值与e的比较结果确定模态：当e大于阈值时，让信号传输到f控制器，进行粗调，获得良好的瞬态性能；当e小于阈值时，则让信号传输到pi控制器，进行细调，获得良好的稳态性能［23］。2控制系统构成柴油机稳定运行的基本条件是输出力矩与外界负载力矩相互平衡，而其输出力

5、矩主要是通过改变循环供油量来加以调整的［1］。调速系统的框图如图2所示，主要由转速检测单元、f....pi控制单元和执行机构组成。通过转速传感器对柴油机轴的转动转速进行测量，获得反馈信号，与给定的转速信号进行比较，获得偏差，与给定的偏差阈值进行比较，选择合适的模态进行调节，由执行器带动油门拉杆，调节供油量大小，从而实现转速的控制。图1fpi复合控制器示意图图2系统框图2.1转速检测单元该系统中柴油机转速的测定是利用固定在柴油机转轴上光电编码器，使用m法来确定转速，其原理是利用一段固定时间间隔内的编码器脉冲数来确定转速，在一定的时

6、间tc内测取光电编码器输出的脉冲个数m，当前转速（单位：r/min）可由下式得到：n=60mztc式中z是光电码盘转一周产生脉冲的个数；2.2fpi控制单元柴油机转速的模糊控制器采用mamdani型双输入单输出结构，原理框图如图3所示。其中：d/f为模糊化模块，完成清晰量转换成模糊量的运算；a·r的作用为完成根据输入模糊量a进行近似推理运算，得出模糊量....u；f/d为清晰化模块，完成把模糊量u转换成清晰量的运算［4］。由下面的计算公式通过对测得的反馈转速与给定转速进行运算得到转速偏差e和转速偏差率ec,e=n_set－n

7、_now(1)ec=e_now－e_last(2)式中：n_set为设定转速；n_now为当前转速；e_now为当前转速偏差；e_last为上一次转速偏差；设定转换阈值为uc,当

8、e

9、>uc时，采用模糊控制对系统进行粗调。对获得的转速偏差和偏差率进行模糊化处理，得到模糊量；模糊控制器根据输入的模糊变量，按照模糊推理规则，计算得到模糊控制量；把模糊控制量去模糊处理变为将精确量，完成粗调，将误差调节到

10、e

11、

12、中，其输入量为转速偏差e和偏差率ec，输出为控制量ku。每一条控制语言都采用e,ec,ku来描述。模糊控制规则的建立依赖的是电动钻机的柴油机调速的经验。采用负大(nb),负中(nm)，负小(ns),零（zo）,正小(ps),正中(pm