[发明专利]一种基于自适应法抑制钻杆粘滑振动的系统及方法

权利要求书

1.一种基于自适应法抑制钻柱粘滑振动的系统，其特征在于，包括：

——被控对象，包括驱动电机、齿轮箱，以及由齿轮箱带动的钻柱和井底钻具组合，用于实现油井钻进；

——变频器，包括PLC控制系统，控制驱动电机的启动、停止和调速的工作状态，设定电机主给定转速，并且将驱动电机的当前状态反馈至控制单元；

——控制单元，包括自适应控制器，用于对驱动电机的当前状态进行控制调整，抑制钻柱和井底钻具组合的扭矩振荡和转速振荡；

——人机交互装置，包括ARM芯片，完成控制单元的数据管理、人机操控；

——CAN总线，用于实现变频器与控制单元的自由通信；

所述变频器输出与驱动电机相连，驱动电机通过齿轮箱驱动钻柱和井底钻具组合；变频器输入通过CAN总线连接控制单元，控制单元通过串口连接人机交互装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自适应控制器包括参数估计器和控制器，参数估计器与控制器相连，控制器与变频器连接，变频器连接至被控对象，被控对象反馈至控制器和参数估计器。

3.基于权利要求1所述自适应法抑制钻柱粘滑振动系统的控制方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

1)变频器通过PLC控制系统给出设定的电机主给定转速，传输至被控对象，驱动钻杆起转；

2)变频器通过CAN总线将电机实际转速和电机实际扭矩传输至控制单元；

3)控制单元将钻头转速结合电机主给定转速进行优化算法，得到辅给定优化转速，并用最大转速来对辅给定优化转进行限幅；

4)控制单元通过CAN总线将限幅后的辅给定优化转速传输至变频器，电机主给定转速和限幅后的辅给定优化转速的叠加值共同控制钻杆和钻具组合的旋转钻进，抑制钻杆粘滑振动；

5)同时，人机交互装置实时地保存和显示电机实际转速和电机实际扭矩数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述控制单元的优化运算是通过下述方法来实现的：

a)构建参数估计器，参数估计器根据观测到的被控对象的输入输出数据获取被控对象的参数估计值，参数估计器通过最小二乘参数估计算法来实现；

b)构建控制器，控制器由最小方差控制律来实现，控制器根据控制器参数以及控制误差来计算得到电机控制转速，结合电机主给定转速得到辅给定优化转速。