【技术实现步骤摘要】
一种水平钻机调向控制方法及系统
本专利技术涉及地质工程
，特别地，涉及一种水平钻机调向控制方法，以及配合该方法使用的水平钻机调向控制系统。
技术介绍
钻机是一种用于带动钻具向地下钻进进而获取实物地质资料的机械设备，常被用于地质勘探或矿产资源（含固体矿、液体矿、气体矿等）开发过程中，通过获取地层内部的岩芯、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。目前，钻机在使用时大多以垂直向下的钻进方式为主，而水平钻进的案例罕有，且均为短距离水平钻进作业，对于长距离（千米级及以上）水平钻机技术的发展基本处于停滞状态。为了保障水平钻机在长距离作业时能始终按照预定路线前进，对于钻机的调向及纠偏功能的技术设计就显得尤为重要。行业内由于实际需求少、使用范围不大，因此对于水平钻机调向控制技术的研究几乎空白，主要还是依赖于人工调节，自动化水平偏低，而且这种操作方式的纠偏效果受操作人员的技术水平影响很大，作业效果不稳定；即使采用传统的PID控制方法，由于参数整定困难，不能快速稳定跟踪设定值，导致效果欠佳，而且针对...
【技术保护点】
1.一种水平钻机调向控制方法，其特征在于，通过对钻机的实际姿态与期望姿态进行比较，得到二者间的垂直偏离距离
【技术特征摘要】
1.一种水平钻机调向控制方法，其特征在于，通过对钻机的实际姿态与期望姿态进行比较，得到二者间的垂直偏离距离L以及偏离角度θ，根据已设定好的模糊控制规则，模糊控制器通过上述偏离参数计算得到PID控制器中的参数KP、KI和KD，PID控制器向钻机上的动力件发出对应动作信号，通过所述动力件动作实现钻机按照预定路线前进。
2.根据权利要求1所述的水平钻机调向控制方法，其特征在于，所述动力件为调向油缸且四组调向油缸分别位于钻机的上下左右四个方位，所述水平钻机调向控制方法的具体过程如下：
1）将钻机的实际姿态与期望姿态进行比较，确定钻机与预定路线间的偏离角度θ和垂直偏离距离L，利用调向油缸动作调整钻机回到预定路线，根据杠杆原理，动力×动力臂=阻力×阻力臂，可知：
其中，F1为钻机受到的垂直于预定路线方向的动力，也就是调向油缸提供的驱动力F在垂直于预定路线方向上的分力，即F1=Fcosθ，L1为调向油缸到支点的水平距离，F2为钻机受到的阻力，由于钻机作业时其四周均被地层包裹支撑，要实现钻机变向所克服的阻力大小等于钻机的重力，即F2=mg，L2为钻机重心到支点的水平距离；
调向油缸的驱动力大小由动作行程决定，即F=kS，其中S为调向油缸的行程距离，k为行程距离与驱动力大小间的关系系数；
设调向油缸与钻头间的水平距离为a，调向油缸与支点间在垂直于预定路线方向上的距离为b，则有，结合以上公式计算得到：
2）将偏离角度θ和垂直偏离距离L输入模糊控制器中，模糊控制器判断偏离参数的大小，并根据已设定好的模糊控制规则将实时输入的参数信号模糊化作为模糊控制规则的输入量，完成模糊推理后，将推理得到的输出量加载到PID控制器上，PID控制器根据得到的实时参数KP、KI和KD向对应的调向油缸发出动作信号，实现钻机方向在线自调整，对应过程如下：
若0<L≤x或0<θ≤α，控制钻机上远离偏离方向的调向油缸缩回行程S、靠近偏离方向的调向油缸伸出行程S，直接将钻机导回预定路线；
若x<L≤y或α<θ≤β，则分两次将钻机导回到预定路线上，其中第一段动作行程S1=mS，m为分段系数且取值范围为0~...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，邹今检，龚文忠，侯昆洲，邵济舟，任赛楠，江睿，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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