二层台钻杆自动排放装置运动控制建模与仿真.pdf

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1、2013年第42卷石油矿场机械第7期第4页OILFIELDEQUIPMENT文章编号：1001-3482(2013)07—000404二层台钻杆自动排放装置运动控制建模与仿真黄川I，姜菁杰，兰凯(中国石油大学机电工程学院，山东青岛266580)摘要：建立了二层台钻杆自动排放装置的逆运动学、逆动力学模型，并利用Matlab／Simulink进行了运动控制仿真。结果表明：以前馈力矩补偿结合PD校正的复合控制方法能使装置的关节运动快速收敛于期望，静态误差较小，适用于二层台钻杆自动排放装置的运动控制。关键词：二层台；钻杆；排放；运动控制中图分类号：TE928文献标识码：AMotionContr

2、olModelingandSimulationofMonkey-BoardPipeRackingDeviceHUANGChuan，JIANGJin—jie，IANKai(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao266580，China)Abstract：Inordertodevelopthemotioncontrolsystemofmonkey—boardpiperackingdevice，in—versekinematicsandinversedynamicmodelo

3、fthedeviceareestablished．ThemotioncontrolsimulationhasbeencompletedbyusingMatlab／Simulink．Thesimulationresultsshowthatthecornpoundcontro1methodwhichcombinedinversedynamicfeedforwardwithPDfeedbackcanmaketheactualmotionofthedevice’Sjointsconvergetoexpectation，andthejointshavesmallertrack—ingerror．

4、Thiscontrolmethodappliestothemotioncontrolofthedevice．Keywords：monkey—board；pipe；racking；motioncontrol二层台自动排放装置主要在井口与指梁(钻台l排放方案及原理立根盒)区域之问自动往返移送和存取钻杆立根。此外，它还可以与铁钻工、液压吊卡等装置配合工图1为设计的二层台钻杆自动排放装置的结构作，完成单根接立根作业口]。由于受到指梁、舌台方案及其工作原理。装置结构主要包括旋转臂、主和井架的限制，二层台排放装置的运动空间狭小，安臂、副臂、伸缩臂4段手臂和主爪、扶正爪2个手爪全风险大。为此，必须使

5、其运动轨迹精确，否则将会以及液压驱动器等部分。旋转臂悬挂于二层台下引起钻杆与指梁的擦碰，造成事故。根据文献[3]，方，能以舌台为基座360。回转；主臂与旋转臂、副臂AkerMH公司已开发出机器人运动控制器与主臂通过转动关节连接，最大旋转角度为30。；伸(RMC)，该控制器可以使排放装置安全、高效地带缩臂与副臂通过移动关节连接，最大伸出长度1．4动管具沿着预定路径移动。为了寻找适用于排放装m。排放装置共有3个转动关节和1个移动关节，置的控制方法，本文以设计方案为分析对象，建立了每个关节都由液压驱动器驱动。取钻杆作业时，主其逆运动学、逆动力学模型，并在Matlab／Simulink爪首先在

6、合适位置抓紧钻杆，扶正爪稍后靠拢限制环境下进行了运动控制的建模与仿真。钻杆的水平偏移量，最后待移动关节动作提升钻杆收稿日期：2013-01—11作者简介：黄川I(1988一)，男，广西钦州人，硕士研究生，主要从事钻机自动化设备的设计工作，E—mail：huangchuanupc@163．corn。第42卷第7期黄川，等：二层台钻杆自动排放装置运动控制建模与仿真至一定高度后，手臂4个关节联动，使主爪合成如图在图2中，1、2、3、4为简化的手臂关节，其中1、1所示的运动轨迹ABCD。装置其他工况的作业过2、3为转动关节，4为移动关节；①、②、③、④为简化程以此类推。的连杆，依次代表旋转臂、

7、主臂、副臂和伸缩臂；基座、连杆①～④分别与坐标系0、1、2、3、4固连。由D—H描述方法及装置的结构特点容易得到其逆运动学模型。2．2逆动力学建模给定4个关节的位置0(0一[臼。d]以此类推)、角速度和角加速度l}，求关节的驱动力矩f是动力学逆向问题。对排放装置连杆进行受力分析，如图3所示。1一舌台；2一二层台；3一指梁；4一钻杆立根；5一旋转臂；6一扶正爪；7一主臂；8一副臂；9一伸缩臂；1O一取钻杆轨迹；l】一主爪图1二层台钻杆自动排放装置