[发明专利]一种深海岩心钻机自适应钻进测控系统

权利要求书

1.一种深海岩心钻机自适应钻进测控系统，包括水上操控系统和水下测控系统，所述水上操控系统与水下测控系统通信连接；其特征在于：所述水上操控系统包括第一通信模块、工控模块和人机交互模块，所述第一通信模块分别与所述工控模块和水下测控系统通信连接，所述人机交互模块与所述工控模块通信连接；

所述水下测控系统包括CPU控制模块、比例阀控制模块、传感器数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、钻进执行模块和第二通信模块，所述第二通信模块连接所述CPU控制模块，所述CPU控制模块连接所述比例阀控制模块、传感器数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和钻进执行模块；所述传感器数据采集模块连接所述数据处理模块，所述数据处理模块连接数据存储模块，所述比例阀控制模块连接所述钻进执行模块；所述第一通信模块与第二通信模块之间通信连接；

所述CPU控制模块：用于控制整个水下测控系统的工作；

所述比例阀控制模块：通过自适应PID控制算法，对钻机钻压与钻速进行比例控制，达到钻机恒钻压控制；

所述传感器数据采集模块：所述传感器数据采集模块实时获取能够反映底质地层的力学特性的参数，并将其反馈给数据处理模块；

所述数据处理模块：用于对传感器数据采集模块采集的反映底质地层的力学特性的参数进行分析，方便CPU控制模块控制钻进执行模块进行钻进工作；

所述数据存储模块：用于对传感器数据采集模块的采集数据和数据处理模块的分析数据进行存储；

所述钻进执行模块：通过CPU控制模块控制钻进执行模块进行深海岩心的钻进工作。

2.根据权利要求1所述的一种深海岩心钻机自适应钻进测控系统，其特征在于：所述钻进执行模块包括提升装置、旋转装置、钻井液循环装置、动力驱动装置和传动装置；

所述提升装置：控制动力头的上行和下行，实现钻杆和钻头的钻进与提升；

旋转装置：由动力头旋转马达带动钻杆和钻头旋转、破碎岩石；

钻井液循环装置：通过液压马达带动高压齿轮泵将海水送至高压水管、动力头、钻具后，冲洗孔底，携带岩屑从井眼与钻具之间的空隙带出地面，以保证钻杆的正常钻进；

动力驱动装置：采用船舶动力电380v升压至3kv，水下直接驱动高压电机带动液压泵的方式，提供钻进执行模块的动力源；

传动装置：采用液压传动，将液压系统的旋转、直线运动通过机械机构，转换成所需的行程、弧形和转动运动。

3.根据权利要求2所述的一种深海岩心钻机自适应钻进测控系统，其特征在于：所述钻进执行模块还包括主体框架，所述主体框架包括底盘、下框架和上框架,所述下框架与底盘直接焊为一体，所述上框架与下框架则通过螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的一种深海岩心钻机自适应钻进测控系统，其特征在于：所述自适应PID控制算法的过程如下：通过钻压调节器根据预先设定的额定钻压W1和额定转速Vl，实际钻压W2和实际速度V2，根据额定钻压W1和实际钻压W2的偏差算出一个速度的给定值△W，在额定转速Vl与实际速度V2的偏差经过运算后输出一个液压系统的压力给定值△V，内环保证输出的速度V2与额定速度V1相同；液压给定值P1送入内环，内环是液压压力调节部分，该部分保证液压机构输出的实际压力P2与给定压力P1相同；在给定速度V1的情况下，输出钻压W2就会与给定钻压W1相同，达到恒钻压控制的目的。

5.根据权利要求4所述的一种深海岩心钻机自适应钻进测控系统，其特征在于：所述自适应PID控制算法的原理是通过钻机钻进压力与钻进速度的比例控制，将设定值r(t)与输出值c(t)进行比较构成控制偏差，具体公式如下：

e(t)＝r(t)－c(t)。