基于模糊PID的原油井筒加热电源的温度控制方法

论文摘要

本课题的目的质在开发一种高凝油开采用变频加热电源。本文以沈阳工业大学油管加热装置为硬件基础,将现代控制理论的控制方法应用其中,实现精确的温度控制,并对主电路进行拓扑,以提高高凝油开采的效率,达到节能、高效的效果。该电源改变传统加热电源以空心抽油杆为载体的方法,直接对油管加热,利用油管本身的电阻产生热量,对高凝油加热降粘。此法可有效解决油管管壁和抽油杆结蜡难题,降低抽油机负荷。高凝油电加热系统是一个非线性、多变量、大滞后及强干扰的控制对象,难以建立精确的数学模型,采用常规的控制策略难以达到控制要求。为了保证系统精确的温度闭环控制,本系统设计了基于模糊PID的智能分时控制器,设计、制作了基于单片机C8051F310的控制电路,进行了实验研究,并采用PWM实现功率自动连续调节。该方法改变以往单一PID控制粗糙的缺点,将温度控制在[-3,+3]范围内,大大降低了电能的浪费。电源采用交-直-交变频技术,针对采油油管负载设计基于IGBT的串联谐振逆变电路,对系统中的感性负载进行补偿。文章详细论述了谐振电路的各种工作方式,并对各工作方式的优缺点进行了比较,确定主电路的工作方式,最佳补偿点。由于电路实现了串联谐振,实现了开关的过零开关,避免大的开关损耗的现象。因为波形没有出现明显的过冲,从而对器件产生的冲击降低,延长了器件使用寿命,同时还大大降低开关噪声的产生。本文对补偿电路进行MATLAB仿真研究,得出仿真图形,证明了方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 电加热采油变频电源的基本工作原理
• 1.3 电加热采油中频电源的发展历史、现状、及应用前景
• 1.4 课题的主要任务
• 1.5 课题的目的及意义
• 第二章 采油油管变频加热电源
• 2.1 采油油管变频加热装置的工作原理
• 2.2 采油油管变频加热装置技术分析
• 2.2.1 地面供电电源
• 2.2.2 能量控制传输装置
• 2.2.3 采油油管变频加热装置与空心抽油杆加热装置的比较
• 2.3 采油油管变频加热电源的电路分析
• 2.3.1 采油油管变频加热电源的结构框图
• 2.3.2 采油油管变频加热电源的主电路的工作模式
• 2.4 采油油管变频加热电源的调功方式
• 2.4.1 改变功率因数调功
• 2.4.2 整流侧斩波调功
• 2.4.3 移相控制调功
• 第三章 油管变频电源的模糊PID控制器设计
• 3.1 模糊控制和PID控制理论
• 3.1.1 模糊控制理论基础和设计过程
• 3.1.2 模糊控制的优缺点
• 3.1.3 PID控制理论
• 3.2 油管变频电源的模糊PID控制器设计
• 3.2.1 模糊控制器设计
• 3.3 模糊PID控制器的调试
• 3.4 MATLAB仿真
• 3.4.1 MATLAB简介
• 3.4.2 MATLAB仿真结果
• 第四章 油管变频电源控制器的软硬件设计
• 4.1 油管变频电源的控制电路的组成
• 4.2 系统主控芯片的选择
• 4.3 系统主要电路设计
• 4.4 软件设计
• 4.4.1 系统程序调试环境
• 4.4.2 模糊PID控制器实验结果
• 第五章 油管变频电源的主电路补偿及仿真
• 5.1 主电路结构
• 5.2 采油油管变频加热电源主电路的设计与参数计算
• 5.3 补偿点的确定
• 5.3.1 容性负载状态的电路工作过程
• 5.3.2 感性负载状态的电路工作过程
• 5.3.3 阻性负载状态的电路工作过程
• 5.4 仿真模型和仿真参数
• 5.5 仿真结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢