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石油勘探与开发
6202013年10月PETROLEUMEXPLORATIONANDDEVELOPMENTVol.40No.5
文章编号：1000-0747(2013)05-0620-05DOI:10.11698/PED.2013.05.18
半主动式钻井绞车升沉补偿系统
黄鲁蒙1,张彦廷1,2,张磊1,刘美英1
(1.中国石油大学(华东)机电工程学院；2.浙江大学流体传动及控制国家重点实验室)
基金项目：国家自然科学基金;浙江大学开放基金项目(GZKF-201025);
中国石油大学(华东)研究生创新工程资助项目(CX2013055)
摘要：为了简化海洋钻井绞车升沉补偿系统的结构、降低主动式绞车补偿系统的能耗，通过系统结构设计、系统建模、内模PID鲁棒位移控制器设计等，设计了一种半主动式海洋钻井绞车升沉补偿系统，并通过非线性时域仿真与实验研究对系统进行了验证。系统结构设计实现了升沉补偿与自动送钻两种运动的解耦控制，降低了系统能耗。系统建模时采用质量集中法和能量守恒原则对系统进行了简化。提出了外环大钩位移闭环与内环电机转速闭环的双层控制方案，设计了外层内模PID鲁棒位移控制器，内模控制在模型匹配与模型失配情况下的稳态偏差均为零，滤波器时间常数越小动态性能越好、抗干扰能力越强。仿真模拟和实验研究的补偿率均在90%以上，补偿效果良好，系统具有可行性。图8参14
关键词：钻井平台；绞车；升沉补偿；半主动式；系统设计中图分类号：TE52文献标识码：A
Semi-activedrillingdrawworksheavecompensationsystem
HuangLumeng,ZhangYanting12,ZhangLei1,LiuMeiying
(1.CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266555,China;2.State
KeyLaboratoryofFluidPowerTransmissionandControl,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)
Abstract:Inordertosimplifythestructureoftheoceandrllingheavecompensationsystemandreducetheenergyconsumptionofactivedrawworksheavecompensationsystem,anewtypeofsemi-activedrawworksheavecompensationsystemwasdesignedthroughstructuredesign,systemmodelingandinternalmodelPIDrobustdisplacementcontrollerdesign.Thenthefeasibilityofthesystemwasverifiedbynon-lineartimedomainsimulationandexperimentalstudy.Thestructuredesignrealizesdecouplingcontrolofheavecompensationandautomaticbitfeed,reducesenergyconsumptionofthesystem.Thesystemissimplifiedtobuildsimulationmodelbylumpedmassmethodandenergyconservationprinciple.Thedoublecontrolschemeofhookdisplacementclosedloopintheouterloopandmotorspeedclosedloopintheinnerloopisputforward,theinternalmodelPIDrobustdisplacementcontrollerofouterloopisdesigned.Thesteady-statedeviationof
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