本文關(guān)鍵詞：鉆井電機(jī)無位置傳感器控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鉆井作為石油開采的主要環(huán)節(jié),其效率亟需提升。傳統(tǒng)的螺桿鉆具及地面驅(qū)動的電動鉆具存在能耗大、效率低、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)易損壞等缺點(diǎn)。井下多極直接驅(qū)動永磁無刷直流電機(jī)(BLDCM)因其效率,轉(zhuǎn)矩密度高、起動轉(zhuǎn)矩大、控制方法靈活,采用低速大力矩的永磁電機(jī),且電機(jī)變頻箱隨同電機(jī)井下作業(yè),避免了高溫下最易損壞的齒輪減速裝置,減少了線路根數(shù),已成為國內(nèi)外石油行業(yè)及專家學(xué)者的研究熱點(diǎn)。但是傳統(tǒng)的BLDCM上安裝的轉(zhuǎn)子磁極位置檢測傳感器使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積增大、可靠性降低,特別力矩電機(jī)對位置傳感器精度要求高,使得使用受限,成本增加。所以研究應(yīng)用于井下直驅(qū)無刷直流鉆井電機(jī)(后稱鉆井電機(jī))的無位置傳感器控制方法具有重要的意義。本文針對鉆井電機(jī)工作于低轉(zhuǎn)速,高溫高壓,受負(fù)載情況復(fù)雜等特點(diǎn),進(jìn)行了如下的研究與分析工作:首先介紹了課題背景、研究現(xiàn)狀及各無位置傳感器控制方法及其特點(diǎn),建立了鉆井電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,針對鉆井電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速低,選取適用于低轉(zhuǎn)速范圍的磁鏈函數(shù)法。通過分析電機(jī)導(dǎo)通時的一階微分方程,獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子相關(guān)信息,之后進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算處理得出與電機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)的函數(shù)表達(dá)式,該表達(dá)式只與電機(jī)線電壓,電阻,電感相關(guān)。為降低表達(dá)式對參數(shù)的依賴性、計(jì)算量及計(jì)算誤差,消去電阻和電感項(xiàng),只使用線電壓進(jìn)行換相時刻的計(jì)算,提出了簡化的磁鏈函數(shù)法-Z函數(shù)法。為保證電機(jī)在起動時無反轉(zhuǎn)并可帶一定負(fù)載,在分析各無位置起動方法后選取轉(zhuǎn)子脈沖注入檢測法起動電機(jī)。同時為應(yīng)對電機(jī)在受到突加負(fù)載仍能恢復(fù)至給定轉(zhuǎn)速,加入轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。通過在仿真軟件simulink下建立的鉆井電機(jī)系統(tǒng)模型,Z函數(shù)法及其控制策略在低轉(zhuǎn)速階段和突加負(fù)載情況下的參數(shù)變化及轉(zhuǎn)子位置檢測準(zhǔn)確性得到了初步驗(yàn)證,電機(jī)可成功運(yùn)行。最后以鉆井電機(jī)樣機(jī)為主要被控對象,搭建了基于Z函數(shù)法的電機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)平臺,并在給定轉(zhuǎn)速為60rpm和400rpm情況下對使用Z函數(shù)法的可行性及換相點(diǎn)獲取準(zhǔn)確性等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明Z函數(shù)法只使用電機(jī)運(yùn)行時導(dǎo)通相的線電壓計(jì)算換相時刻,可成功運(yùn)行于鉆井電機(jī)上,降低了磁鏈函數(shù)法對電機(jī)參數(shù)的依賴性和DSP芯片運(yùn)算量。
【關(guān)鍵詞】：無位置傳感器 無刷直流電機(jī) 鉆井電機(jī) 磁鏈函數(shù) 低轉(zhuǎn)速
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE927
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 BLDCM發(fā)展現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 BLDCM分類及構(gòu)成10-12
• 1.2.2 BLDCM轉(zhuǎn)子信號獲取12-13
• 1.3 BLDCM無位置傳感器控制方法研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 反電動勢法13
• 1.3.2 電感法13-14
• 1.3.3 擴(kuò)展卡爾曼濾波法14
• 1.3.4 滑模觀測器法14-15
• 1.4 論文主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 鉆井電機(jī)及磁鏈函數(shù)法研究16-26
• 2.1 無刷直流電機(jī)工作原理16-19
• 2.2 鉆井電機(jī)數(shù)學(xué)建模19-21
• 2.3 磁鏈函數(shù)法的推導(dǎo)21-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 鉆井電機(jī)無位置傳感器控制策略設(shè)計(jì)26-36
• 3.1 簡化后的磁鏈函數(shù)法26-29
• 3.2 無位置傳感器起動方法分析與選擇29-33
• 3.3 閉環(huán)控制器33-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第4章 鉆井電機(jī)無位置傳感器控制系統(tǒng)軟硬件平臺36-45
• 4.1 鉆井電機(jī)控制系統(tǒng)硬件部分36-41
• 4.2 鉆井電機(jī)控制系統(tǒng)軟件部分41-44
• 4.3 本章小結(jié)44-45
• 第5章 鉆井電機(jī)無位置傳感器控制系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)45-58
• 5.1 鉆井電機(jī)控制系統(tǒng)仿真45-52
• 5.1.1 鉆井電機(jī)控制系統(tǒng)仿真平臺搭建45-48
• 5.1.2 仿真結(jié)果及分析48-52
• 5.2 鉆井電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)52-56
• 5.2.1 鉆井電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺搭建52-53
• 5.2.2 電機(jī)運(yùn)行在不同轉(zhuǎn)速下的Z函數(shù)53-55
• 5.2.3 不同容值濾波電容對母線電壓的影響55-56
• 5.3 本章小結(jié)56-58
• 結(jié)論與展望58-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果64-65
• 致謝65

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