基于fpga海底泥浆举升泵控制系统设计和实现论文

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1、摘要目前，双梯度钻井技术为解决海洋钻井的地层压力和破裂压力之间余量较小的问题提供了思路，而采用先进控制理论控制海底泥浆举升泵作为双梯度钻井的关键技术之一，是成功进行井控的关键。模糊PI控制算法在J：业实践中已有大量的应用，并且具有良好的控制效果。随着FPGA的出现，设计师能以更短的丌发周期，更经济的丌发费用设计系统。因此研究如何把先进的控制器FPGA和模糊PI算法应用在对海底泥浆举升泵的控制中具有重要的现实意义。本文结合国家重大科技专项“大型油气田及煤层气开发”所属课题“深水油气田开发钻完井工程配套技术"(2008ZX05026．0

2、1)的研发任务，使用中国石油大学(华东)的海底泥浆举升钻井试验平台，进行海底泥浆举升泵控制方面的研究。论文基于双梯度钻井的作业流程，建立了井底压歹』模型和状态观测器；设计了模糊PI控制器，通过CMEXS．函数编写了带有“可调因子”的模糊PI算法，并将此算法应用于三相异步电机转速调节系统中，仿真结果表明，没计带有“可调因子”的模糊PI算法在静态特性、动念特性以及系统鲁棒性上较常舰l，I算法有较大改善。基于FPGA对海底泥浆举升泵控制系统进行了软、馒件设计，选择EP2C8Q208C8NCycloneII系列的FPGA作为系统控制器，采用

3、EPCS对芯片进行配置：设计并焊接了FPGA的外围接口电路；基于VHDL硬件描述语言编写了对A／D、D／A的控制程序，实现了A／D、D／A转换；基于VHDL语言编写了对RS232串门的控制程序，实现了FPGA与Matlab的通讯联接，借助Matlab的GUI工具，建立了系统的监控界面。论文基于VHDL语言实现了对隶属函数的编码和控制规则的设计，完成了模糊PI控制算法，并将基于FPGA的常规PI算法和模糊Pl算法应用于海底泥浆举升钻井试验平台，实验结果表明，基于FPGA的模糊PI控制器对系统具有较蚶的控制性能，为双梯度钻井作业提供了指

4、导。结合实验调试时出现的问题，对变频器电磁兼容I’uJ题进行了相应的研究，测试了线性光耦PC817的线性度，发现通过线性光耦进行光电阮离的方法并不能解决电磁兼容问题，而通过添加磁坏和瓷片电容可以有效地解决电磁兼容问题。关键词：FPGA：VHDL语言；模糊PI算法；海底泥浆举升泵；CMEXS．函数；MatlabDesignandImplementationofSubseaMudliftPumpSystemBasedontheFPGAXuWeimin(Controlengineering)DirectedbyAssociateProfe

5、ssor11teXinxiaAbstractAtpresent，inordertosolvetheproblemofthepressureoftheoceandrillingofasmallermarginbetweentheformationpressureandfracture．ane、~techniquenamedthedual-gradientdrillinghasbeenproposed．Whileitisoneofthekeytechnologiesofdualgradientdrillingandsuccessfulw

6、ellcontroltouseofadvancedcontroltheorytocontroltheseabedmudliftpump．FuzzyPIcontrolalgorithmiswidelyimplementedinindustrialpracticeandhasgoodcontroleffects．WiththeFPGAemerging，designerscandesignaflewsysteminthewayofshortersystemcyclesandmoreeconomicalcosts．Itisanimporta

7、ntlypracticalsignificancethathowtoputtheadvancedcontrollerFPGAandfuzzyPIalgorithmapplytotheliftingofthepumpmud．Basedonthestudyoftherelatedtechnologyabroad，asystematicstudyonworks，processes，workingconditionsofSMDiscarried．Consideringwiththeactualworkingconditionsandproc

8、esses，anprogramofsystemoperationofpump，valveanditsexperimentalverificationontheSMDexperimentalplatformisproposed．This