液压钻机提升装置多通道马达同步控制策略制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种液压钻机提升装置多通道马达同步控制策略，选取幅相调节控制策略：在幅值和频率作为待调节马达输入信号的指令信号中添加一个相位超前信号，将该指令信号分解成正弦分量和把该正弦分量相移90°产生的余弦分量；在指令信号正弦分量中加入权值w0，在指令分量余弦分量中分别加入权值w1；选取权值：所述权值的选取采用在采样时刻的网络实际输出与期望输出的方差最小原则；分析幅相调节控制策略的收敛性：利用最速下降法定义幅相调节控制的均方误差性能指数，通过合理选择权值收敛系数，保证算法的收敛性。通过使每个通道的输出都能精确跟踪输入，从而达到多通道马达同步的目的。

Synchronization control strategy of multi-channel motor for lifting device of hydraulic drilling rig

The invention discloses a synchronization control strategy for multi-channel motor of a hydraulic drilling rig hoisting device, and chooses an amplitude and phase adjustment control strategy: adding a phase advance signal to the command signal of the input signal of the motor to be regulated, decomposing the command signal into sinusoidal component and cosine component generated by 90 degrees phase shift of the sinusoidal component; and adding sinusoidal component of the command signal into the sinusoidal component. Weight W0 is added to the cosine component of the command component, and weight W1 is added to the cosine component of the command component. Weight value is selected: the principle of minimum variance between the actual output and the expected output of the network at sampling time is adopted to select the weights; convergence of the amplitude-phase adjustment control strategy is analyzed: the mean square error performance index of the amplitude-phase adjustment control is defined by the steepest descent method, and the calculation is guaranteed by selecting the convergence coefficient of the weights reasonably. Convergence of the method. By making the output of each channel track the input accurately, the multi-channel motor synchronization can be achieved.

【技术实现步骤摘要】
液压钻机提升装置多通道马达同步控制策略
本专利技术属于马达同步控制
，具体地指一种液压钻机提升装置多通道马达同步控制策略。技术背景齿轮齿条液压钻机是应用齿条齿轮机构带动顶部驱动钻井装置直接起下钻具的钻井系统，它取消了传统石油钻机的绞车、游车、天车以及钻井钢丝绳，用齿轮齿条推力来为钻头提供钻压，可实现修井、钻井和强行下管柱作业的快速转化，较好地解决了水平井技术和大位移井技术开发浅层油气藏的钻压问题，特别适合陆地水平井和中浅层海洋水平井钻井。齿轮齿条提升装置是齿轮齿条钻机的核心部件，该装置安装在井架上，并沿井架上的齿条上下运动以满足钻机的提升等作业功能。考虑到负载、可靠性等要求，通常采用多马达同步驱动齿轮齿条的方案。当马达不同步时，将极大影响齿轮齿条的力分布情况，进而影响齿轮齿条寿命，因此，需要在控制上解决多通道马达的同步问题。
技术实现思路
本专利技术克服了上述不足，提供了一种液压钻机提升装置多通道马达同步控制策略，能够使每一通道的输出精确跟踪输入，从而保证多通道的同步。为了实现上述目的，本专利技术所设计的液压钻机提升装置多通道马达同步控制策略，其特征在于，包括以下步骤：S1选取幅相调节控制策略：在幅值和频率作为待调节马达输入信号的指令信号中添加一个相位超前信号，将该指令信号分解成正弦分量和把该正弦分量相移90°产生的余弦分量；在指令信号正弦分量中加入权值w0，在指令分量余弦分量中分别加入权值w1；S2选取权值：所述权值的选取采用在采样时刻的网络实际输出与期望输出的方差最小原则；S3分析幅相调节控制策略的收敛性：利用最速下降法定义幅相调节控制的均方误差性能指数，通过判断该均方误差性能指数的收敛，从而验证所选取的权值。进一步地，本专利技术的控制策略所需条件如下：1)正弦输入信号的频率不超过系统的频宽；2)在系统的输出信号失真度比较大时，算法会失去作用甚至发散，对幅相控制器加入限定条件：Cmax为系统出现最大失真度时权值的平方和；失真度的大小一般由系统本身允许的失真度决定。3)当输入信号为非零均值的正弦波时，需通过变换，将非零均值的正弦波变为零均值的正弦波，再进行控制。进一步地，所述权值w0和w1的初始值按照系统本身特性进行预估。进一步地，所述的权值的选择具体为：对于幅值为Ar，频率为ω的输入信号来说，经过一个线性化的系统，其输出幅值为Ay，相位滞后则权值的选取原则为：式中，ε为偏差；则权值函数为：W(k+1)＝W(k)+2α(u′-y′)X(k)式中，u'为加入权函数的合成后的输入信号；y'为系统的实际输出y；α为权值收敛系数，α的取值需满足0<α<2/Ay2才可以保证幅相调节同步控制策略算法收敛，且控制网络的均方误差性能指数最小。优选地，所述α的值为α＝0.15/Ay2。本专利技术的优点在于：1)本专利技术算法简单，方便实时实现。可根据系统的响应情况在线调整权值w0，w1，使输出能够精确跟踪输入；2)本专利技术具有一定的鲁棒性，能够保证系统在存在一定范围内的参数摄动和结构摄动的情况下，输出精确跟踪输入。附图说明图1为液压钻机提升装置多马达驱动方案图。图中：1-安全阀2-过滤器3-恒压变量泵4-电机5-单向阀6-蓄能器7-液压泵/马达8-变量油缸9-电液伺服阀10-共同负载。图2为幅相调节控制原理方块图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述：该液压钻机提升装置采用如图1所示的恒压网络二次调节方案。钻机在恒压变量泵3和蓄能器6组成的恒压网络中，多个二次调节元件泵/马达7在同步控制器的作用下，通过8、9阀控缸结构实现斜盘倾角的调节，实现多通道泵/马达7的同步动作。从而保证齿轮齿条受力均衡，延长齿轮齿条寿命。图中还标示了过滤器2、电机4、单向阀5和共同负载10方便对液压钻机提升装置进行理解，该结构是现有技术。本专利技术所设计的液压钻机提升装置多通道马达同步控制策略是为了改变阀控缸的位置，进而改变泵/马达的斜盘摆角，控制输出的速度、扭矩等参数。每个泵/马达都是一个独立的通道，均可根据反馈，自动在线调整权值，实现自动调控的，具体过程如下：1、控制策略的选取与必要性：多马达同步思想：如果系统的输出能够严格跟踪输入，那么相同的输入信号下，系统输出必定是一样的。因此，本专利技术专利旨在寻求一种能够使输出精确跟踪输入的控制策略。所谓的“系统输出精确跟踪输入”实质包括两方面的含义：一是幅值的复现；二是固定的相位滞后。通常的控制策略多关注的是幅值的复现。实际上，相位的不同步对于系统精度的影响更为关键，至少应该是一个不可忽略的因素。特别是对于多执行机构的同步问题，尤其应该考虑相位的同步。基于这个考虑，本专利技术提出幅相同步网络的思想，并对权阵的选取原则、权阵的收敛性进行分析，对于算法的实际实施过程提出建议。详细过程如下：对于幅值为Ar，频率为ω的式(1)所示的输入信号来说，经过一个线性化的系统，其输出可表示为式(2)的形式。u＝Arsinωt(1)理想情况下，为了使输出在幅相上完全复现输入，可在输入端添加一个相位超前信号，使合成后的输入信号变为：即在输入端设计一个线性神经网络，网络的输入分别为指令信号正弦分量u和把该正弦分量相移90°产生的余弦分量，对于两个输入分别赋予一个权值w0和w1，它们的和即是合成后的新的输入信号u′，中w0和w1起始值可按照系统本身特性进行预估。同时，将系统的输出与u′做差，在线调节权值w0和w1，使y′能够精确跟踪u′，从而，y也能够同样跟踪u，其控制原理方块图如图2所示。2、权值选取原则：设在采样的k时刻，网络期望的输出为：y′m(k)＝u′＝Arw0(k-1)sinωk+Arw1(k-1)cosωk(4)则网络实际的输出y'(k)＝y(k)为：记偏差为：ε(k)＝y′m(k)-y′(k)(6)令：y′＝WTX(9)其中为了使输出尽快跟踪输入，定义系统的性能指标为：通过调整w0和w1，使J最小。由于且：若令：则有：即J达到最小。由式(11)和式(13)可知：式(15)即为权值的选取原则。由式(15)可以得到本专利技术控制策略的权函数求取方法：W(k+1)＝W(k)+2α(u′-y′)X(k)(16)3、幅相控制的收敛性分析：采用最速下降法可定义幅相调节控制的均方误差性能指数为：F(W)＝E(ε2)＝E[(u′-y)2]＝E[(u′-WTX)2]＝E(u′2-2u′WTX+WTXXTW)＝E(u′2)-2u′WTE(X)+WTE(XXT)W(17)令c＝E(u′2)，d＝-2u′E(X)，A＝2E(XXT)，则式(16)变为：从式(18)可以看出，该均方误差性能指数是一个二次函数，该二次函数的性质主要取决于赫森矩阵A，如果赫森矩阵是正定的，也就是它的特征值全是正的，则函数具有一个唯一的全局极小点，如果赫森矩阵是半正定的，也就是说它存在为0的特征值，那么均方误差性能指数将有一个弱极小点或没有极小点，如果赫森矩阵是不定型，那么该性能指数没有极小点。因此算法(16)收敛的必要条件是存在W*，使且是半正定的。由式(18)可得：由式(7)、式(8)可得：其中，该矩阵的特征值为λ1＝0，λ＝Ay2，赫森矩阵满足收敛条件的半正定条件。对于零均值的输入信号，对于方程AW+d＝0有无穷多个解，因此算法是收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液压钻机提升装置多通道马达同步控制策略，其特征在于，包括以下步骤：S1选取幅相调节控制策略：在幅值和频率作为待调节马达输入信号的指令信号中添加一个相位超前信号，将该指令信号分解成正弦分量和把该正弦分量相移90°产生的余弦分量；在指令信号正弦分量中加入权值w0，在指令分量余弦分量中分别加入权值w1；S2选取权值：所述权值的选取采用在采样时刻的网络实际输出与期望输出的方差最小原则；S3分析幅相调节控制策略的收敛性：利用最速下降法定义幅相调节控制的均方误差性能指数，通过判断该均方误差性能指数的收敛，从而验证所选取的权值。

【技术特征摘要】
1.一种液压钻机提升装置多通道马达同步控制策略，其特征在于，包括以下步骤：S1选取幅相调节控制策略：在幅值和频率作为待调节马达输入信号的指令信号中添加一个相位超前信号，将该指令信号分解成正弦分量和把该正弦分量相移90°产生的余弦分量；在指令信号正弦分量中加入权值w0，在指令分量余弦分量中分别加入权值w1；S2选取权值：所述权值的选取采用在采样时刻的网络实际输出与期望输出的方差最小原则；S3分析幅相调节控制策略的收敛性：利用最速下降法定义幅相调节控制的均方误差性能指数，通过判断该均方误差性能指数的收敛，从而验证所选取的权值。2.根据权利要求1所述液压钻机提升装置多通道马达同步控制策略，其特征在于：本发明的控制策略所需条件如下：1)正弦输入信号的频率不能超过系统的频宽；2)在系统的输出信号失真度比较大时，算法会失去作用甚至发散，对幅相控制器加入限定条件：Cmax为系统出现最大失真度时权值的平方和；3)当输入信号为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵慧，舒作武，蔡志宏，黄家文，张锦，徐军，彭太峰，
申请(专利权)人：中石化石油机械股份有限公司，武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42