基于FPGA的海底泥漿舉升泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、目前,雙梯度鉆井技術(shù)為解決海洋鉆井的地層壓力和破裂壓力之間余量較小的問題提供了思路,而采用先進(jìn)控制理論控制海底泥漿舉升泵作為雙梯度鉆井的關(guān)鍵技術(shù)之一,是成功進(jìn)行井控的關(guān)鍵。模糊PI控制算法在工業(yè)實(shí)踐中已有大量的應(yīng)用,并且具有良好的控制效果。隨著FPGA的出現(xiàn),設(shè)計(jì)師能以更短的開發(fā)周期,更經(jīng)濟(jì)的開發(fā)費(fèi)用設(shè)計(jì)系統(tǒng)。因此研究如何把先進(jìn)的控制器FPGA和模糊PI算法應(yīng)用在對(duì)海底泥漿舉升泵的控制中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文結(jié)合國(guó)家重

2、大科技專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”所屬課題“深水油氣田開發(fā)鉆完井工程配套技術(shù)”(2008ZX05026-01)的研發(fā)任務(wù),使用中國(guó)石油大學(xué)(華東)的海底泥漿舉升鉆井試驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行海底泥漿舉升泵控制方面的研究。
　　 論文基于雙梯度鉆井的作業(yè)流程,建立了井底壓力模型和狀態(tài)觀測(cè)器;設(shè)計(jì)了模糊PI控制器,通過C MEX S-函數(shù)編寫了帶有“可調(diào)因子”的模糊PI算法,并將此算法應(yīng)用于三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,仿真結(jié)果表明,社計(jì)帶有“

3、可調(diào)因子”的模糊PI算法在靜態(tài)特性、動(dòng)念特性以及系統(tǒng)魯棒性上較常規(guī)PI算法有較大改善。
　　 基于FPGA對(duì)海底泥漿舉升泵控制系統(tǒng)進(jìn)行了軟、硬件設(shè)計(jì),選擇EP2C8Q208C8NCycloneⅡ系列的FPGA作為系統(tǒng)控制器,采用EPCS對(duì)芯片進(jìn)行配置:設(shè)計(jì)并焊接了FPGA的外圍接口電路;基于VHDL硬件描述語(yǔ)言編寫了對(duì)A/D、D/A的控制程序,實(shí)現(xiàn)了A/D、D/A轉(zhuǎn)換;基于VHDL語(yǔ)言編寫了對(duì)RS232串口的控制程序,實(shí)現(xiàn)了FP

4、GA與Matlab的通訊聯(lián)接,借助Matlab的GUI工具,建立了系統(tǒng)的監(jiān)控界面。論文基于VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了對(duì)隸屬函數(shù)的編碼和控制規(guī)則的設(shè)計(jì),完成了模糊PI控制算法,并將基于FPGA的常規(guī)PI算法和模糊Pl算法應(yīng)用于海底泥漿舉升鉆井試驗(yàn)平臺(tái),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于FPGA的模糊PI控制器對(duì)系統(tǒng)具有較好的控制性能,為雙梯度鉆井作業(yè)提供了指導(dǎo)。
　　 結(jié)合實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的問題,對(duì)變頻器電磁兼容問題進(jìn)行了相應(yīng)的研究,測(cè)試了線性光耦PC81