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        基于RBF網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)控制的導(dǎo)向鉆井穩(wěn)定平臺(tái)研究

        2016-05-03 07:34:06作者邱龍孫柯西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院
        電子制作 2016年7期
        關(guān)鍵詞:RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

        作者/邱龍、孫柯,西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院

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        基于RBF網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)控制的導(dǎo)向鉆井穩(wěn)定平臺(tái)研究

        作者/邱龍、孫柯,西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院

        文章摘要:針對(duì)摩擦問題對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井穩(wěn)定平臺(tái)存在影響,提出一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)控制方法。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和滑模變結(jié)構(gòu)相結(jié)合,能夠提高穩(wěn)定平臺(tái)控制的精確性和抗干擾能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)控制方法能夠有效的跟蹤預(yù)設(shè)工具面角角位置,有較強(qiáng)的魯棒性。

        關(guān)鍵詞:旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井穩(wěn)定平臺(tái);RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);滑模變結(jié)構(gòu)

        引言

        對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)控制是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在鉆井過程中,鉆井工具受井下復(fù)雜多變的工作環(huán)境影響,導(dǎo)致干擾穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)控制精度的參量較多。并且穩(wěn)定平臺(tái)跟隨鉆柱一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài),具有旋轉(zhuǎn)摩擦的非常規(guī)運(yùn)動(dòng)特性,因此穩(wěn)定平臺(tái)受較多摩擦扭矩變化的影響較大。考慮上述因素,研究可靠的控制策略是十分必要和關(guān)鍵的。

        本文提出滑模變結(jié)構(gòu)控制器與RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合來對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線鉆井穩(wěn)定平臺(tái)進(jìn)行控制。主要是利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度非線性的連續(xù)時(shí)間動(dòng)力系統(tǒng)這一特點(diǎn),并且具有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)功能和對(duì)非線性系統(tǒng)的強(qiáng)大映射能力。最后結(jié)合滑??刂铺岣呦到y(tǒng)魯棒性和抗干擾能力。

        1.穩(wěn)定平臺(tái)模型

        根據(jù)穩(wěn)定平臺(tái)在井下的工作方式,穩(wěn)定平臺(tái)可以被看作發(fā)電機(jī)式的單軸慣性穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井穩(wěn)定平臺(tái)由兩個(gè)渦輪電機(jī),即上渦輪電機(jī)和下渦輪電機(jī),電子控制倉及控制軸組成。

        穩(wěn)定平臺(tái)廣義被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型可寫為

        其中ku為PWM脈寬調(diào)制系數(shù),kE為電樞電流與電磁力矩之間的比例常數(shù),kw為陀螺傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù),F(xiàn)f為摩擦力矩,F(xiàn)n為其他干擾力矩。

        2.控制器設(shè)計(jì)

        ■2.1變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)

        ■2.2RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑??刂破髟O(shè)計(jì)

        RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種具有單隱層的高效的三層前饋式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),具有最佳逼近性能和全局最優(yōu)特性,且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單,訓(xùn)練速度快。

        x為RBF網(wǎng)絡(luò)輸入,ci表示RBF網(wǎng)絡(luò)第i個(gè)神經(jīng)元的中心位置,bi為第i個(gè)神經(jīng)元的寬度,wT為RBF網(wǎng)絡(luò)權(quán)值。

        其中,hi(x)為RBF網(wǎng)絡(luò)輸出

        ■2.3穩(wěn)定性分析

        圖1 工具面角跟蹤曲線

        3.仿真結(jié)果與分析

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的穩(wěn)定平臺(tái)控制對(duì)象數(shù)據(jù)及對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的參數(shù)辨識(shí),使用Matlab/Simulink仿真工具,使用上述RBF神經(jīng)網(wǎng)滑模變結(jié)構(gòu)控制方法對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。

        通過大量仿真實(shí)驗(yàn),得到下面的仿真結(jié)果。

        從圖中可以看出,工具面角跟蹤效果快速、準(zhǔn)確,能夠很好地達(dá)到控制要求。

        4 結(jié)論

        針對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)在井下工作特點(diǎn),提出一種RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)控制方法。該方法利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近穩(wěn)定平臺(tái)數(shù)學(xué)模型,通過滑模變結(jié)構(gòu)方法來增強(qiáng)系統(tǒng)魯棒性,并能夠保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真結(jié)構(gòu)表明,該方法能夠抑制摩擦力矩對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響,消除滑模變結(jié)構(gòu)控制產(chǎn)生的抖振現(xiàn)象。使被控系統(tǒng)具有良好的魯棒性和較高的穩(wěn)定平臺(tái)姿態(tài)控制精度,控制性能得到了極大的改善。

        【參考文獻(xiàn)】

        *[1]汪躍龍,王海皎,康思民等.導(dǎo)向鉆井穩(wěn)定控制平臺(tái)的反饋線性化控制[J].石油學(xué)報(bào),2014,35(5):952—957

        *[2]霍愛清,賀昱曜,汪躍龍等.旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具穩(wěn)定平臺(tái)模糊滑??刂蒲芯縖J].計(jì)算機(jī)仿真,2010,27(10):152—155.

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