浮式钻井平台升沉模拟系统设计

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1、2012年1月机床与液压Jan．2012第4O卷第1期MACHINETOOL＆HYDRAULICSVo1．40No．1DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．01．023浮式钻井平台升沉模拟系统设计姜浩，一，刘衍聪，张彦廷，刘振东，(1．中国石油大学(华东)，山东东营257061；2．浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，浙江杭州310027)摘要：设计电液比例阀控制非对称油缸模拟钻井平台升沉运动的实验系统，建立阀控缸的动态方程并用Matlab进行仿真。设计测控系统并采用

2、PID和死区P控制相结合的方法控制比例阀，有效减小了死区对控制精度的影响。实验结果表明，该模拟系统可实现较高精度的位移跟踪。关键词：电液比例方向阀；非对称油缸；PID控制；死区校正中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)1-085-4DesignofSeaHeaveMotionSimulationSystemforFloatDrillingPlatformJIANGHao，LIUYaneong，ZHANGYanting，LIUZhendong，(1．ChinaUn

3、iversityofPetroleum(Huadong)，DongyingShangdong257061，China；2．TheStateKeyLabofFluidPowerTransmissionandControl，ZhejiangUniversity，HangzhouZhejiang310027，China)Abstract：Thesimulationsystemofelectro—hydraulicproportionalvalve—controlasymmetriccylinderforh

4、eavemotionofdrillingplatformwasdesigned．Accordingtomathematicmodels，thesimulationwascarriedoutbyusingMatlabsoftware．ThemeasureandcontrolsystemwasdesignedandtheinfluenceOfnonlineardeadbandofelectro—hydraulicproportionalvalvewasdecreasedeficientlybyusing

5、PIDcontrolalgorithmanddeadbandPcontro1．Thetestingdatashowthatthesimulationsystemcanrealizeprecisedisplacementtracking．Keywords：Electro-hydraulicproportionalvalve；Asymmetriccylinder；PIDcontrol；Deadbandcorrection海洋浮式钻井平台在波浪的作用下将产生周期性国外现有升沉补偿装置的最大补偿行程一般为的

6、升沉运动，影响钻井⋯；高精度的钻井平台升沉模7．62m(25f1)，周期为12S，以此作为系统的设计拟系统是研究升沉补偿系统的前提条件。作者设计了参数，则钻井平台的升沉运动规律为：电液比例方向阀控制非对称油缸的位置伺服控制系=厶sinf、11／=3．81sin0．524t(2)统，实现了带载状况下的钻井平台升沉运动模拟。1电液比例阀控缸伺服系统设计1．2平台升沉运动模拟系统平台升沉运动模拟系统是一个典型的电液比例方1．1升沉运动模拟原理向阀控缸位置伺服系统，其原理图如图1所示。浮式钻井平台的升沉运动

7、是因波浪及潮汐而引起的，它的运动规律近似于简谐运动，其升沉位移由波高及船体或平台的类型、结构、尺度等因素决定。一般升沉位移要比波高小得多。在海浪周期为5～阀15S时，升沉位移与波高的比值小于0．5，平台的升沉周期一般与波浪的周期相同。假设海浪的波高为，海浪的周期为，升沉位移与波高的比值为，则钻井平台的升沉运动规律为：．，21T亏龇“【．、J图1升沉运动模拟系统原理图收稿日期：2010—12—15基金项目：国家自然科学基金(50875262)；国家高技术发展研究计划(863)(2008AA09Z311

8、)；流体传动及控制国家重点实验室开放基金(GZKF-201025)资助项目作者简介：姜浩(1977一)，男，博士研究生，主要从事计算机测控、机电液控制领域研究。E—mail：jianghao@upc．edu．an。·86·机床与液压第40卷负载m与不对称液压缸活塞杆相连，当升沉模集卡输出，实现对比例阀阀芯运动的控制，进而实现拟缸活塞杆伸出或缩进时，负载m就会跟随活塞上给液压缸有杆腔和无杆腔供油，使不对称缸活塞运动升或下沉。对升沉运动模拟系统来说，选用不同函到给定信号设