导向钻井稳定控制平台的反馈线性化控制_汪跃龙

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1、第３５卷第５期石油学报Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．５２０１４年９月ＡＣＴＡＰＥＴＲＯＬＥＩＳＩＮＩＣＡＳｅｐｔ．２０１４文章编号：０２５３－２６９７（２０１４）０５－９５２－０６ＤＯＩ：１０．７６２３／ｓｙｘｂ２０１４０５０１６导向钻井稳定控制平台的反馈线性化控制汪跃龙１２１１１王海皎康思民汤楠霍爱清（１．西安石油大学陕西省钻机控制技术重点实验室陕西西安７１００６５；２．中国石油天然气管道局国际事业部河北廊坊０６５０００）摘要：旋转导向钻井的稳定控制平台单纯采用ＰＩＤ控制时，控制性能与工具面角度的给定值有关。

2、在某些角度下，平台会产生振荡旋转现象，无法实现工具面角度的稳定，使导向工具失去导向控制功能。分析表明，导致这种现象的主要原因是系统存在非线性偏心作用力矩，该力矩与工具面角度成正弦函数关系。基于反馈线性化原理，提出了平台系统的输出反馈线性化控制方法，消除了非线性因素的影响，实现了线性的闭环系统。仿真表明该方法可实现平台系统在钻井过程强扰动作用条件下的任意角度位置稳定控制。针对非线性偏心作用力矩不可直接测量问题，提出了一种基于系统运动姿态测量的偏心作用力矩在线估计方法，可有效减小估计误差所导致的控制性能

3、劣化，并给出了一个在线估计的应用实例。水力驱动条件下的控制测试验证了基于偏心作用力矩在线估计的反馈线性化控制方法的有效性。关键词：导向钻井；角度位置；反馈线性化控制；偏心力矩；水力驱动测试中图分类号：ＴＥ２４２文献标识码：ＡＯｕｔｐｕｔｆｅｅｄｂａｃｋｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｅｒｖｏｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ１２１１１ＷａｎｇＹｕｅｌｏｎｇＷａｎｇＨａｉｊｉａｏＫａｎｇＳｉｍｉｎＴａｎｇＮａｎＨｕｏＡｉｑｉｎｇ（１．ＳｈａａｎｘｉＫｅｙＬａ

4、ｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｉｌ－ｄｒｉｌｌｉｎｇＲｉｇｓＣｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ，Ｘｉ’ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｈａａｎｘｉＸｉ’ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＰｉｐｅｌｉｎｅＢｕｒｅａｎＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，ＨｅｂｅｉＬａｎｇｆａｎｇ０６５０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＷｈｅｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙａｓｉｍｐｌｅＰＩＤｓｔｒａｔｅｇｙ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｅｒｖｏｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒａ

5、ｂｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｇｉｖｅｎｖａｌｕｅｏｆｉｔｓｔｏｏｌ－ｆａｃｅａｎｇｌｅ．Ａｔｃｅｒｔａｉｎａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｗｏｕｌｄｏｓｃｉｌｌａｔｅｏｒｒｏｔａｔｅａｎｄｆａｉｌｓｔｏｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｏｏｌ－ｆａｃｅａｎｇｌｅ，ｌｅａｄｉｎｇｔｏｔｈｅｌｏｓｓｏｆｓｔｅｅｒａｂｌｅｔｏｏｌ’ｓｃｏｎｔｒｏｌａｂｉｌｉｔｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｃ

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7、ｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｅｃｃｅｎｔｒｉｃｔｏｒｑｕｅａｎｄｃｈａｎｇｅｔｈｅｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍｉｎｔｏａｌｉｎｅａｒｏｎｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄａｔａｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｅｎａｂｌｅｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｓｙｓｔｅｍｓｔａｂｌｙａｔａｎｙａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｕｎｄｅｒｓｔｒｏｎｇｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ．Ｔｏａｄｄｒｅｓｓｔｈｅｐｒｏｂ

8、ｌｅｍｏｆｄｉｒｅｃｔｌｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｎｏｎｌｉｎｅａｒｅｃｃｅｎｔｒｉｃｔｏｒｑｕｅ，ａｎｏｎｌｉｎｅｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｍｏｔｉｏｎａｔｔｉｔｕｄｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｉｓｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｔｔｅｎｕａｔｅｔｈｅｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｓ，ａｎｄａｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｘ