基于DSP的钻井黏滑振动控制系统的研究-论文.pdf

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1、·76·《测控技术)2014年第33卷第9期基于DSP的钻井黏滑振动控制系统的研究巩全成，吴亚锋，李江红(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：针对在石油钻井过程中存在的黏滑振动现象，提出一种以TMS320F2812DSP为控制核心的黏滑振动控制系统。系统通过CAN总线与变频器通信，通过调节变频器转速来抑制黏滑振动。在系统总体框架下，重点分析了DSP的软件和硬件设计方案。最终，对整个系统在井场进行了现场测试。结果表明，系统能够跟随转速和转矩的变化规律，快速地对变频器转速进行调节，对黏滑振动具有较好的抑制作用，同时系统具有良好的通

2、用性能，只需要修改控制算法，就可使用于不同的钻井系统。关键词：TMS320F2812；CAN总线；变频器；黏滑振动；转速；转矩中图分类号：TH113．1文献标识码：A文章编号：1000—8829(2014)09—0076—04ControlSystemofOil-·WellDrill·-StringTorsionalVibrationsBasedonDSPGONGQuan—cheng，WUYa—feng，LIJiang-hong(SchoolofPowerandEnergy，No~hwestPolytechnicalUniversity，Xi’a

3、n710072，China)Abstract：Asstick—slipbehaviorexistingwidelyinoil—welldrillprocesses，asolutionofdrill-stringtorsionalvi—brationsbasedonTMS320F2812DSPispresented．ThissystemcommunicateswithtransducerbyCAN，anddampstorsionalvibrationsbymodulatingtransducerrotaryspeed．Intheframeworko

4、ftheoverallsystem，hard—wareandsoftwaredesignsofDSPareanalyzed．Thewholesystemistestedonthefielddrillingrig．Resultsshowthatthesystemcanfollowthechangesoftransducerrotaryspeedandtorque，andhasgooddampingeffectonstick-slip．Atthesametime，thesystemhasgoodgeneralperformance，onlyaslon

5、gasmodifingthecontrolalgorithm，itcanbeappliedtodifferentdrillsystems．Keywords：TMS320F2812；CAN；transducer；torsionalvibration；rotaryspeed；rotarytorque在石油钻井过程中，存在黏滑振动，这是一种由强在复杂电磁环境下正常使用J。烈的扭转力矩和井下摩阻导致的扭转振动¨J，对钻井CAN总线的基本协议只有物理层和数据链路层造成的危害较大。随着DSP芯片技术和现场总线技协议-sl，CANopen是基于CAN总线的高层

6、应用层协术的不断发展，以DSP为控制器，采用CAN通信来抑议，对CAN报文中的11／29位标识符和8字节数据的制黏滑振动成为了可能。使用做出了规定。在西门子变频器中广泛采用了目前国内使用最广泛的DSP是TI的CANopen协议。TMS320F2812，该芯片具有数字信号处理能力和嵌入笔者着重构建以TMS320F2812为核心的黏滑振式控制功能，是功能强大的32位定点DSP芯片，适用动控制平台，作为对本系统平台的测试，采用了Dani．于有大量数据处理的测控场合。DSP2812芯片内置jelPavkovic等人2011年提出的基于钻杆扭矩估计器增强的

7、CAN控制器，完全兼容CAN2．0B协议，在进行的控制算法。TMS320F2812作为数据采集和处理CAN通信时，数据传输灵活、数据量大、可靠性高，可的核心，采用CANopen协议与变频器进行通信，每lOms获取一次变频器当前转速、转矩值，并传人控制算法进行计算，输出辅给定转速以对电机转速进行调节。收稿日期：2013—10—16经测试发现，施加控制后，钻杆黏滑振动减弱，变频器作者简介：巩全成(1982一)，男，甘肃甘谷人，博士研究生，主要转速转矩趋于稳定，保持了钻进过程的平稳。研究方向为计算机测控技术、嵌入式系统；吴亚锋(1961一)，男，陕西西

8、安人，教授，博士生导师，主要研究方向为现代信号1系统硬件结构处理理论与方法、振动噪声分析与控制；李江红(1970一)，男，陕西西安人．副