一种油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法，包括：步骤一、建立远距离供电电机的控制模型；步骤二、下井工作前，测量导线的电阻值，并根据所述电阻值修正控制模型的参数；步骤三、工作过程中实时测量电路中的电流，并根据所述电流及电流变化率得到电源的电压调整梯度；步骤四、计算控制电压，输出到电源控制器，以控制电源的输出电压；其中，在工作过程中，当电路中的电流减小的幅度超过阈值时，判断为桥塞安装完成，提示升井，控制过程结束。本发明专利技术提供的油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法，以实时测量的电路中的电流作为反馈信号，实时调整可编程直流稳压电源的输出电压，保证井下油田用电动桥塞投放工具的电机工作电压的稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法
本专利技术属于远距离供电电机的控制
，特别涉及一种油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法。
技术介绍
油田采油用的桥塞需要投放安装到几千米深的井下，投放工具以前采用火药动力，操作复杂，事故率高。电动桥塞投放工具由于安全可靠、过程可控等特点，是此类工具的发展方向。电动桥塞投放工具以直流电动机为动力装置，因此需要使用专用的电缆——承荷探测电缆(符合行业标准SY/T6600-2004)来供电和控制，这种电缆的结构是钢丝包裹着多芯(7芯以下)导线，这种电缆不但可以承受井下设备的吊装力，还可以传递多种井下设备的电源和信号。因为电缆直径的限制，导线截面积只能是0.24～1.01mm2，常用的WB7P-10.8七芯电缆的导线电阻是36Ω/km，由于油井的深度都在3km以上，所以电机供电线路的两条电缆的内阻至少也有200Ω以上。由于电缆的电阻已经接近甚至超过了电机的内阻，因此，电源的功率将有相当一部分消耗在电缆上，电缆的电阻对井下电机的精确控制和功率发挥造成很大的影响。此外，由于油井的深度差别很大，电器装置下井时会使用不同长度的电缆。而且电缆经常有损坏，修复时都会截掉破损的部分，造成每条电缆的长度都是不同的。直流电动机的工作电流会随着工作负荷的变化而改变，而电路电流变化时又会造成导线上的压降变化，相当于改变了导线电阻和电器设备的电压分配比例，电动桥塞投放工具上电机的工作电压就不能保持在额定状态。由于以上原因，固定的补偿措施无法解决这些动态问题，必须根据桥塞的工作状态，采用动态的控制方法来解决电机工作电压不稳的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法，针对电动桥塞投放工具的电机电路和工作特点，以实时测量的电路中的电流作为反馈信号，推算出电路的电压分配情况，实时调整可编程直流稳压电源的输出电压，从而抵消电缆上的电压损失(压降)，保证井下油田用电动桥塞投放工具的电机工作电压的稳定。本专利技术的另一个目的是克服无法兼顾电压调整的效率和电机稳定性的技术问题，将电压调整过程合理化分为多个调整周期，能够在保证电机稳定工作的前提下，快速将电压调整到目标值。本专利技术提供的技术方案为：一种油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法，包括：步骤一、下井前，测量电缆的电阻值，确定电源的电压控制模型；步骤二、工作过程中实时测量电路中的电流，并根据所述电流及电流变化率得到电源的电压调整梯度；步骤三、计算控制电压，以控制电源的输出电压；U(n)＝U(n-1)+ΔU；式中，U(n)为控制电压值，U(n-1)为当前输出电压值，ΔU为电压调整梯度；其中，在工作过程中，当电路中的电流减小的幅度超过阈值时，判断为桥塞安装完成。优选的是，所述电压调整梯度的计算方法包括：步骤1、确定目标电压值；步骤2、计算目标电压增量；步骤3、计算达到所述目标电压增量的控制周期数；步骤4、计算电压调整梯度。优选的是，在所述步骤3中，所述控制周期数为：式中，CNMax为最大控制周期数；CNMin为最小控制周期数；ΔIff为滤波后的电流变化率；ΔImax、ΔImin分别为最大电流增量和最小电流增量。优选的是，在所述步骤1中，目标电压值为：Uobj＝Uload_C+RIff；其中，Uload_C为电机额定电压；R为电缆电阻，Iff为滤波后的电流值。优选的是，在所述步骤2中，目标电压增量为：dU＝Uobj-U(n-1)；式中，Uobj为目标电压值，U(n-1)为当前输出电压值。优选的是，在所述步骤4中，所述电压调整梯度为：式中，dU为目标电压增量，CycNum为控制周期数。优选的是，采用一阶低通数字滤波抑制干扰信号，滤波后的电流值为：式中，分别为第n-1和第n次滤波后的电流值；为第n次采样电流值；a为滤波系数。优选的是，所述阈值为0.5A/s。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术针对电动桥塞投放工具的电机电路和工作特点，以电路电流作为反馈信号，推算出电路的电压分配情况，尤其是电缆的电功率损失，再经过模型分析，调整可编程直流稳压电源的输出电压，从而抵消电缆上的电压损失(压降)，保证井下电机工作电压的稳定。(2)本专利技术采用动态过程控制策略，根据可编程直流稳压电源的远程通讯信息，了解电路的工作状态(输出电压和电流)，通过分析计算，确定线路补偿措施，实时控制电源的输出参数，有效地解决了电缆阻值变化和电机负荷变化时，井下电机的工作电压保持问题。(3)本专利技术将电压调整过程合理化分为多个调整周期，能够在保证电机稳定工作的前提下，快速将电压调整到目标值，既提高电压的调整效率，又避免对电机造成冲击。附图说明图1为本专利技术所述的电动桥塞投放工具的电机控制系统结构示意图。图2为本专利技术所述的用于测定电缆电阻的电路图。图3为本专利技术所述的电压自适应控制策略示意图。图4为本专利技术所述的一次桥塞安装过程中的电压和电流的变化曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本专利技术提供了一种油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法。如图1所示，本专利技术采用的电动桥塞投放工具的电机控制系统为：220V交流电源经过可编程直流稳压电源110输出直流电压，之后经过油田专用的承荷探测电缆120输送到井下电动桥塞投放工具的电机130；控制电脑140通过串口通讯控制直流稳压电源110的输出电压。本专利技术提供的油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法如下：首先，建立基于电路电流反馈的远距离供电电机的控制模型。由于直流电机通过电压控制转速，所以电机控制模型为：Umotor＝Usource-IRwire；UmotorIη＝Pload；其中，Umotor为电机的工作电压，I为电机的工作电流，Usource为电源电压，Rwire为电缆电阻，η为电机效率，Pload为负载功率，实时改变。根据所述电机控制模型，需要在电缆电压IRwire变化时实时调整电源电压，以保证电机工作电压Umotor的稳定。之后，测定电缆的电阻值Rwire。在本实施例中，通过如图2所示的控制电路，来测定电缆的电阻值。利用开关K与桥塞投放工具的电机并联，设备完成了系统连接后，准备下井前，按下开关K，控制电脑命令电源输出一个电压，然后根据通讯口传来的电压和电流数据，计算出电缆的电阻Rwire。电缆上的压降IRwire仅随电流改变，而电机的工作电压需要保持恒定(稳定在额定电压)，从而得到确定的电源电压的控制模型。本专利技术提供的油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法，采用自适应控制策略，设计电压梯度自适应控制器，在电路电流发生变化时，控制电脑110可以从通讯口得到实时反馈的电路中电流变化的信息，并根据反馈的电流及时调整电源电压，保证井下用电设备(负载电机)的响应速度及控制稳定性。如图3所示，电源电压的自适应控制策略，包括如下步骤：步骤1、目标电压计算模块根据负载电机额定电压Uload_C(其为电机特性参数，常数值)及电路中的实时反馈电流Iff，电缆电阻R。按照公式(1)确定目标电压值：Uobj＝Uload_C+RIff(1)之后，将计算得到的目标电压值Uobj传输到目标电压增量计算模块。其中，实时反馈电流Iff为滤波后的电流。在本实施例中，采用一阶低通数字滤波抑制干扰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法，其特征在于，包括：步骤一、下井前，测量电缆的电阻值，确定电源的电压控制模型；步骤二、工作过程中实时测量电路中的电流，并根据所述电流及电流变化率得到电源的电压调整梯度；步骤三、计算控制电压，以控制电源的输出电压；U(n)＝U(n‑1)+ΔU；式中，U(n)为控制电压值，U(n‑1)为当前输出电压值，ΔU为电压调整梯度；其中，在工作过程中，当电路中的电流减小的幅度超过阈值时，判断为桥塞安装完成。

【技术特征摘要】
1.一种油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法，其特征在于，包括：步骤一、下井前，测量电缆的电阻值，确定电源的电压控制模型；步骤二、工作过程中实时测量电路中的电流，并根据所述电流及电流变化率得到电源的电压调整梯度；步骤三、计算控制电压，以控制电源的输出电压；U(n)＝U(n-1)+ΔU；式中，U(n)为控制电压值，U(n-1)为当前输出电压值，ΔU为电压调整梯度；其中，在工作过程中，当电路中的电流减小的幅度超过阈值时，判断为桥塞安装完成。2.根据权利要求1所述的油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法，其特征在于，所述电压调整梯度的计算方法包括：步骤1、确定目标电压值；步骤2、计算目标电压增量；步骤3、计算达到所述目标电压增量的控制周期数；步骤4、计算电压调整梯度。3.根据权利要求2所述的油田用电动桥塞投放工具的电机控制方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述控制周期数为：式中，CNMax为最大控制周期数；CNMin为最小控制周期数；ΔIff为滤波后的电流变化率；ΔImax、ΔImin分别为最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢延辉，吴广彬，张友坤，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22