圆筒型直线潜油电机的控制

论文摘要

本文针对游梁式抽油机存在的传动链长、柔性差、系统效率低以及冲程、冲次不便调节等问题,提出了基于“电炮原理”设计的直线感应电机为驱动源的新型节能抽油机智能控制系统的研究方案。主要在以下几个方面开展了理论和实验的研究,其主要研究工作为:1)介绍了在油田开采中,多以游梁式的杆式抽油泵系统为主要手段的现状,以及游梁式抽油机的高能耗、低产出等缺点。并说明了直线电机作为井下泵动力系统比游梁式抽油机更具有诸多优势。2)分析了圆筒型直线电机的结构和特性,考虑到圆筒型直线感应电机特有的动态纵向边缘效应,通过矢量变换的坐标系和变换矩阵详细推导和建立了直线感应电机系统的数学模型。3)提出了基于模糊神经网络和遗传算法的采油控制策略。针对传统的模糊神经网络控制器学习算法精度低、收敛速度慢和在线应用效果差等缺陷,提出一种遗传算法模糊神经网络控制策略,模拟仿真实验结果表明,新的控制策略融合了遗传算法、BP算法的优点,提高了复杂变量系统控制中FNN的学习精度和收敛速度,增强了FNN控制器的在线应用效果。利用采集到的实时数据,通过经过遗传算法离线训练优化过的模糊神经网络,得出精准的速度控制量,作为圆筒型直线电机的给定输入控制量。4)针对圆筒型直线电机实际承载的质量变化较大的工作状况和工作环境比较恶劣等特点,在分析圆筒型LIM特殊控制需要的基础上,提出了一种基于IP-内模控制的LIM系统设计思想,该方法将提高抗扰性和鲁棒性能进行分开设计。设计了控制器,并进行了仿真,仿真结果证实了IP-内模结合控制策略可以兼顾系统的抗扰性和鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题的目的及意义
• 1.3 国内外发展状况
• 1.4 直线电机的现代控制策略
• 1.5 往复式磁力驱动潜油泵系统简介
• 1.6 论文的主要任务
• 第二章 圆筒型直线感应电机的数学模型
• 2.1 圆筒型直线电机概述
• 2.2 圆筒型直线电机的结构和特性
• 2.3 矢量变换的坐标系和变换矩阵
• 2.3.1 静止三相/两相坐标变换（3S/2S）以及（2S/3S）
• 2.3.2 静止两相/两相同步旋转的坐标变换（2S/2r）以及（2r/2S）
• 2.3.3 三相静止/两相任意旋转的坐标变换（3S/2r）以及（2r/3S）
• 2.4 直线感应电机的数学建模
• 2.4.1 感应电机动态数学模型的性质
• 2.4.2 直线感应电机边缘效应的影响
• 2.4.3 动态纵向边缘效应的等效电路
• 2.4.4 考虑动态纵向边缘效应的直线感应电机的数学模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于模糊神经网络和遗传算法的采油控制系统
• 3.1 引言
• 3.2 模糊控制与神经网络的结合形式
• 3.3 BP网络和BP算法
• 3.3.1 BP网络
• 3.3.2 BP算法
• 3.4 遗传算法基本原理
• 3.5 基于模糊神经网络与遗传算法控制器设计
• 3.5.1 设计思想
• 3.5.2 控制器的设计
• 3.6 系统仿真及现场实验
• 3.6.1 部分仿真程序代码
• 3.6.2 现场实验数据
• 3.7 本章小结
• 第四章 圆筒型直线感应电机IP—内模速度控制器设计
• 4.1 潜油直线感应电机的特殊控制问题
• 4.2 IP-内模控制概述
• 4.2.1 IP控制方法
• 4.2.2 内模原理及设计方法分析
• 4.3 基于IP-内模控制的LIM系统设计思想
• 4.4 IP-内模速度控制器设计与仿真分析
• 4.4.1 IP-内模速度控制器模型
• 4.4.2 IP控制器参数整定及仿真结果分析
• 4.4.3 内模控制器参数整定及仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢