第３０卷第１１期 文章编号：１００６—９３４８（２０１３）１１－０３０７－０５ 计算机仿真 ２０１３年１１月 主动式海洋钻井升沉补偿绞车设计与仿真研究 黄鲁蒙 ，张彦廷 ，张磊 ，齐明侠。 （１．中国石油大学（华东）机电工程学院，山东青岛２６６５５５；２．浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，浙江杭州３１００２７） 摘要：研究海洋钻井优化控制问题，由于绞车与液压缸升沉补偿系统应共同完成，液压缸升沉补偿系统的初始投资与维护费 用很高，而液压缸的最大行程等于所能补偿的最大升沉位移，导致当钻井平台的升沉位移超过液压缸行程时系统失效。为 降低钻井成本、提高补偿位移的范围，提出一种主动式海洋钻井升沉补偿绞车方案，通过直接控制电动绞车正反转来实现补 偿，从而将升沉补偿功能集成到绞车上，省去了液压缸补偿系统。然后建立逼近实际系统的补偿绞车控制模型。最后通过 对模糊算法与传统ＰＩＤ控制性能的仿真对比，结果表明，前馈一模糊一ＰＩ控制器性能好，补偿效率满足工作要求，并证明补偿 绞车方案是可行的，为系统的开发提供了依据。 关键词：海洋钻井；绞车；升沉补偿；模糊控制；仿真 中图分类号：ＴＥ ３１９ 文献标识码：Ｂ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ａｃｔｉｖｅ Ｈｅａｖｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｄｒａｗｗｏｒｋｓ ＨＵＡＮＧ Ｌｕ—ｍｅｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｎ—ｒｉｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｌｅｉ ，ＱＩ Ｍｉｎｇ—ｘｉａ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎ￣ｏｌ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１００２７，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｃｏｓｔｓ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｈｅａｖｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｓｙｓ— ｔｅｒｎ ｉｓ ｈｉｇｈ．Ｉｔｓ ｈｅａｖｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｓ ｌｉｍｉｔｅｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｆｉｎｉｔｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｓｔｒｏｋｅ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｈｅａｖｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｓ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｓｔｒｏｋｅ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆａｉｌｕｒｅｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒａｎｇｅ，ｗｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｈｅａｖｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｄｒａｗ— ｗｏｒｋｓ．Ａ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｄｒａｗｗｏｒｋ ｗａｓ ｐｌａｎｎｅｄ ｗｉｔｈ ａｃｔｉｖｅ ｈｅａｖｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏｔｏｒ ｔｏ ｄｒｉｖｅ ｔｈｅ ｄｒａｗｗｏｒｋ ｄｒｕｍ ｒｏｔａｔｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ ａｎｄ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｎ，ａ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ｃｌｏｓｅ ｔｏ ｒｅａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｕｚｚｙ ａｎｄ ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ－ｆｕｚｚｙ—ＰＩ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｆｌｏａｔ ｄｒｉｌｌｉｎｇ．Ｉｔ ｔｅｓｔｓ ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ ｐｒｏ— ｖｉｄｅｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｅ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｆｌｏａｔ ｄｒｉｌｌｉｎｇ；Ｄｒａｗｗｏｒｋｓ；Ｈｅａｖｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ １ 引言 海洋升沉运动补偿装置是海洋工程的重要装备之一，广 泛应用于海洋钻井、起重机、采矿等领域 。Ｊ。由于海洋钻井 平台跟随海浪进行周期性的升沉运动，导致钻柱上下往复运 传统的海洋钻井工作由绞车与液压缸升沉补偿系统共 同完成，绞车负责钻柱的连续缓慢下放，液压缸升沉补偿系 统负责控制钻柱绝对位置保持不变。 传统液压缸升沉补偿的工作原理：液压缸升沉补偿系统 可以安装在游车大钩或者天车上面，其本质上是一套电液比 动，甚至使钻头脱离井底，影响钻井效率，降低了钻头和钻杆 的寿命，造成巨大的经济损失。为了使钻柱绝对位置保持不 变，保证钻井作业的顺利进行，目前钻井平台上主要采用传 统的液压缸升沉补偿系统 ｊ。 例阀控缸位置伺服系统，液压缸的缸体与平台相连，液压缸 的活塞杆与钻柱相连；当平台升沉带动缸体上下运动时，通 过控制比例阀的方向与开度，向液压缸有杆腔与无杆腔分别 供液，使活塞杆的绝对位移不变，从而保证钻柱绝对位移的 基金项目：国家自然科学基金（５０８７５２６２）；浙江大学开放基金项目 （ＧＺＫＦ－２０１０２５） 不变。 但传统的液压缸升沉补偿装置是一套复杂的电液控制 收稿日期：２０１２—１２—０７修回日期：２０１３—０２～０７ 系统，投资与维护成本很高；同时由于用来实现补偿功能的 ．．．．——３０７．．．—— 液压缸行程有限，因此了补偿位移的范围，当平台的升 速器直接驱动绞车滚筒，参数见表１。 沉位移超过补偿液压缸行程时，该系统失效。在控制算法方 面，传统ＰＩＤ控制的稳定性与抗干扰能力较差，模糊控制虽 然鲁棒性好，但控制精度较低。 本文以降低海洋钻井成本、提高补偿位移范围、优化控 制算法为目的，设计了一种主动式升沉补偿绞车 ，取代传 统的专用液压缸升沉补偿系统。依据系统动力学模型，并考 虑钢丝绳弹性、机械摩擦、井壁摩擦等非线性因素，建立了逼 近实际系统的控制模型。利用ＳＩＭＵＬＩＮＫ进行了模糊算法 与传统ＰＩＤ算法的仿真，通过对比分析多个仿真结果得到优 化控制算法。理论分析与仿真结果证明了该方案的有效性， 为补偿绞车的开发提供了依据。 ２主动式升沉补偿绞车的原理 ２．１海洋钻井平台升沉运动规律 海洋钻井平台的升沉运动是由波浪及潮汐运动而引起 的，它的运动规律近似于简谐运动，其升沉位移由波高及船 体或平台的类型、结构、尺度等因素决定。根据海况统计资 料，平台升沉运动规律近似为： ＝３．８１ｓｉｎ０．５２４ｔ （１） ＝１．９９６ｃｏｓ０．５２４ｔ （２） ａ ：一１．０４６ｓｉｎ０．５２４ｔ （３） 式中， 一升沉位移，ｍ；ｖ 一升沉速度，ｍ／ｓ； 一加速度， ｍ／ｓ 。 ２．２ 主动式升沉补偿绞车设计 本文设计了一种主动式升沉补偿绞车，将下放钻柱与升 沉补偿功能均集成到绞车上面。如图１所示为升沉补偿绞 车装置的原理：主动式升沉补偿绞车就是在常规钻井绞车的 基础上，通过绞车轴旋转编码器、平台升沉加速度传感器及 死绳拉力传感器分别将钻柱位移、船体升沉运动数据与钻压 变化信号及时发送到ＰＬＣ，经ＰＬＣ控制器处理后输出信号控 制绞车电机的转速及转向，以保持钻柱绝对位置不变，达到 主动补偿的目的。 图１ 主动式升沉补偿绞车原理 针对万米海洋钻机，设计了补偿绞车参数，结构采用常 规钻井绞车形式，四台变频电机从绞车两侧经过一级齿轮减 —－－——３０８－－－—— 表１绞车设计参数 参数名称 数值 最大补偿载荷 ３５０ ｔ 主滚筒尺寸 ｏｏｏ×２０８２ ｍｍ 钢丝绳直径 ４８ ａｍ 游动系统结构 ７ｘ８ 主刹车 液压盘刹 变频电机功率 １１００ ｋＷ×４台 滚筒最大角速度 ２４５ ｒ，ｒａｉｎ 补偿绞车电机的装机功率： Ⅳ： ｒ４） 叼１ 式中， 主动补偿功率，ｋＷ；７１ 一传动系统效率；Ｇｏ一补偿 最大载荷， 。 由式（４）可知，由于受到绞车装机功率的，主动式 补偿绞车的补偿能力随着钻柱负载的增加而下降，补偿海况 的幅值与周期变化如图２所示。 图２ 升沉补偿能力 ３ 主动式升沉补偿绞车控制模型 补偿绞车控制系统包括：ＰＬＣ控制器、信号检测系统、变 频电机驱动系统、机械传动系统、钻机起升系统五个子系 统。分别建立各环节的数学模型： 当变频器输出分辨率较小，矢量变频电机调速过程中的 转差较小，因此可以近似为一个线性环节 。 １４＝ 一 ＠２ ｏ 丌Ｒ（５）式中， 一电机输出扭矩，Ｎ．ｍ；Ｕ 一电机电压，Ｖ；ｎ 一电机 转速，ｒ／ｍｉｎ；ｐ一电机级对数；Ｒ２一折合到定子侧的转子每 相电阻， 绞车多轴拖动运动方程： ４Ｌ—ｒｅ＝Ｊｅ （６） 式中， 一负载折算转矩，Ｎ．ｍ； 一负载折算转动惯量，ｋｇ． ２ｍ。 快绳拉力Ｐ ：： Ｐ ：＝ ＋ｃ （７） 图４ 控制系统方块图 式中，ｃ 一钢丝绳折算刚度，Ｎ／ｍ；Ｇｏ一升沉补偿静载荷，Ⅳ； ｚ一游动系统绳系。 负载动力学方程： ４．２ ＰＩＤ控制器设计 ＺＰ Ｇｎ一 一ｃ警： （８） ＰＩＤ是最传统、最常用的控制方法，其性能也作为不同控 式中， 一万米钻柱的当量刚度，Ｎ／ｍ；ｃ一泥浆阻力系数； 肘 一负载相当质量，ｋｇ；Ｘｓ一钢丝绳伸长量，ｍ；Ｘ＾一钻柱绝 对位移，ｍ。 海洋石油钻井井下作业的受力情况复杂，为了对系统进 行更好的描述，利用ＳＩＭＵＬＩＮＫ建立了系统非线性仿真模 型 ，如图３所示，采样时间设置５ ｍｓ，并加入ａＬ＝２５００ Ｎ．ｍ脉冲干扰信号，用来模拟机械摩擦、井壁摩擦等干扰因 素 图３ 绞车补偿仿真模型 根据钻井作业要求，设置仿真参数：设定万米钻柱最大 补偿位移为４．８ ｍ，补偿周期为１２ ，补偿最大载荷为３５０ ｔ。 性能指标：海洋钻井作业要求升沉补偿率需要达到９０％ 以上，因此要求补偿绞车在各种非线性时变因素的干扰下， 能够保证钻柱的位移稳定在一０．４８～０．４８ ｍ之间，基本保 证钻柱绝对位置不变。 ４ 补偿控制器设计 ４．１ 总体控制策略 升沉补偿控制方式主要包括钻柱位移补偿、升沉速度补 偿和钢丝绳张力补偿。海洋石油钻井要求保持钻柱绝对位 移不变，而速度控制相对于位移控制具有较好的实时性，因 此本系统采用两层闭环，外环采用位移补偿或者位移、速度 复合补偿的控制方式，内环采用矢量闭环控制，控制系统方 块图如图４所示。 内环控制采用现有的矢量变频电机产品来实现闭环控 制，因此，下面只需设计外环补偿控制器。 制算法性能对比的标准。计算机控制系统中，Ｐ 离散化为 差分方程形式： ｋ ｕ（ ）＝ｋｐｅ（ ）＋ｋ ∑ｅ（ ）Ｔ＋ｋｅ（ｅ（ｋ）一ｅ（ 一１）） Ｊ＝Ｕ （９） 式中， 一控制器输出信号；ｅ～偏差信号； 一比例增益； Ｋ一积分增益；Ｋｄ一微分增益；卜采样周期； 一采样序 号。 １）Ｚｉｅｇｌｅｒ—Ｎｉｃｈｏｌｓ整定ＰＩＤ控制 采用连续振荡法设定参数，首先单独增大比例增益，得 到临界增益和临界振荡周期；然后按照调整法则计算相应参 数；最后根据仿真效果对参数进行微调。整定参数： ＝６， Ｋｉ＝１．２，Ｋｄ：４，补偿后钻柱位移稳定在一０．５ ｍ一＋０．５ ｍ。 ２）变速ＰＩＤ控制 当初始偏差较大时，提高比例增益，降低积分作用，使系 统快速性上升；当偏差下降时，提高微分增益、降低比例增 益，增加积分作用，提高系统精确性与稳定性。初始参数： ＝１０， ＝０．３， ＝４；偏差下降后参数： ＝５，Ｋ＝１．２， ／ｑ＝１０，补偿后钻柱位移稳定在一０．２３ ｍ一＋Ｏ．２３ ｍ之间。 ３）速度前馈一变速ＰＩＤ控制 反馈控制存在滞后与位移扰动的问题。采用速度前馈 开环与位移反馈变速ＰＩＤ闭环的复合控制方式可以降低超 调，提高系统响应的快速性、稳态精度。补偿后钻柱位移稳 定在一０．１ ｍ～＋Ｏ．１ ｍ之间。 ４．３模糊智能控制器设计 根据上面的研究，ＰＩＤ控制精度较高，但其稳定性与抗 干扰能力较差，难以满足海洋钻井升沉补偿系统的要求，因 此本节对模糊控制方法开展研究，利用ＭＡＴＬＡＢ工具设计了 二维模糊控制器。 模糊智能控制是一种以模糊集合理论、模糊语言变量与 模糊推理为基础的控制方法，已经广泛应用于工业生产各个 领域 ｊ。模糊控制原理图如图５。 １）选择模糊控制器类型 根据系统大惯性、非线性时滞的特点，选择ＰＤ型的模糊 控制器，提高系统的动态响应。 ２）确定输入输出论域与词集 控制系统采用的输入量为钻柱绝对位移Ｅ及其微分 ．．．——３０９．－－—— 图５模糊控制原理框图 Ｅｃ。输出量为变频器运行频率Ｕ。 ｛ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ｝词集分别表示负大、负中、 负小、零、正小、正中、正大。 输入位移误差Ｅ：实际论域：［＿０．２，＋Ｏ．２］ｍ，离散论域： ｛一４，一２，－１，０，＋１，＋２，＋４｝ｍ，词集：｛ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ｝。 输入位移误差变化Ｅｃ：实际论域：［一０．３，＋Ｏ．３］ｍ／ｓ，离 散论域：｛一６，一５，一４，一２，一１，０，＋１，＋２，＋４，＋５，＋６｝ｍ／ｓ，词 集：｛ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ｝。 控制量Ｕ：实际论域：［－５０，＋５０］Ｈｚ，离散论域：｛一７，一 ６，－５，一４，－２，一１，０，＋１，＋２，＋４，＋５，＋６，＋７｝ｎｌ，词集：｛ＮＢ， ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ｝。 量化因子：Ｋｅ＝２０；Ｋｅｃ＝２０。 比例因子：Ｋｕ＝７．１４３。 ３）定义模糊集合 定义模糊集合即确定模糊子集的隶属度函数，隶属度曲 线包括正态曲线、三角形、梯形等，各种曲线对控制性能影响 不大，而三角形的模糊化算法简单，因此这里采用三角形隶 属度函数。误差Ｅ、误差微分Ｅｃ、输出控制量ｕ的隶属度函 数如图６一图８所示。 Ｊｌ — ｌ ＼＼ｚｅ ／×／＼×＼ ｓ ｒ／Ｍ／ 图６误差Ｅ的隶属度函数 Ｊ１ ××× ××＞＜ 图７误差微分Ｅｅ的隶属度函数 ｌ ＼ × × 图８控制量Ｕ的隶属度函数 一３１０一 ４）确定模糊控制规则 模糊控制规则需要根据操作经验制定，本文根据仿真数 据制定手动控制策略，控制规则如表２所示。 表２模糊控制规则表 ５）进行模糊决策 本文采用离线计算、在线查表的方式，利用ＭＡＴＬＡＢ软 件的模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统 ，采用Ｍａｍｄａｎｉ 型推理，模糊算子“与”设置为ｍｉｎ，“或”设置为ｎｌａｘ，推理方 法设置为ｍｉｎ，聚类方法设置为ｎｌａｘ，解模糊的方法采用质心 法（ｃｅｎｔｒｏｉｄ）。如图９所示为设计的模糊控制器曲面观测 器；如表３所示为模糊控制输出查询表。采用模糊控制，钻 柱位移稳定在一０．２ ｍ一＋０．２ ｍ。 ５ 口 Ｏ ．５ ４ 图９曲面观测器 表３模糊控制输出查询表 ＥＣ＼Ｕ＼Ｅ －４ —－２ １ ０ ２ ３ ４ —。— ＿●—— 一６ 一６ 一６ 一６ —６ 一６ —４ —１ ６ ６ ６ ６ ５ ５ －——————３ —１ —６ —６ －６ ６ —５ ４ —３ Ｏ —５ —５ —４ －３ 一２ １ －４ —４ －３ —１ ０ １ －３ —１ ２ ３ —１ １ ２ ４ 一 ４．４前馈一模糊－ＰＩ复合控制器设计 ５结论 ＰＩＤ与模糊控制仿真结果表明，两种控制算法各有优 点，因此为了提高控制系统的综合性能，设计了前馈一模糊一 ＰＩ复合控制器，如图１０所示。前馈一模糊一ＰＩ复合控制将 ＰＩＤ与模糊控制两种方法结合，具有不依赖数学模型及响应 快速、积分控制无静差、鲁棒性好的优点，补偿钻柱位移稳定 在一０．０８ ｍ一＋Ｏ．０８ ｍ，补偿率达９６．７％，较好的满足了钻井 本文首先研究了主动式升沉补偿绞车的方案，采用交流 变频电机直接驱动绞车滚筒正反转来实现升沉补偿。然后 ¨ 们 ¨ 在此基础上，建立了系统的控制模型，进行模糊算法与ＰＩＤ 算法的设计，通过对比多个仿真结果得到了优化控制方法， 验证了该方案的有效性。 根据以上研究，得出如下结论： 工作要求。 升 图１０前馈一模糊－ＰＩ复合控制框图 ４．５算法对比分析 如图１１和图１２所示为前馈一ＰＩＤ、模糊控制及前馈一模 糊一ＰＩ三种控制算法的性能仿真对比。 Ｏ・７ 。’６ 。‘５ 量０‘４ 蹲。＿３ 。＿２ 。－ｌ ０ ｏ ５ ｌＯ １５ ２Ｏ ２５ ３０ ３５ ｔ．仿真时间，ｓ 图ｌ１阶跃响应曲线 一｝ １．前馈 变速ＰＩＤ一２一横糊控制一３．前馈．模糊 ＰＩ复合控制 ｝一一 Ｉ．１ ． ／２ ｋ＿． 一☆一 一 一 ＿ ： 翌三 ： 二 “仿真时问／ 图１２升沉补偿效果 仿真结果表明：前馈一变速ＰＩＤ控制精度高，但鲁棒性不 好；模糊控制适用于非线性系统，鲁棒性强，但没有积分环 节，因而控制精度受限，且容易产生稳态颠振。前馈一模糊一 ＰＩ控制器结合ＰＩＤ与模糊控制的优点，在保证控制精度的同 时，提高了系统抗干扰能力与稳定性，补偿效果达９６．７％，满 足性能指标。 １）主动升沉补偿绞车系统将海洋钻井绞车与升沉补偿 装置功能集于一身，替代了专用的液压补偿装置，而且补偿 行程不受液压缸长度，具有结构简单、补偿位移范围大 的优势。 ２）前馈一模糊一ＰＩ控制结合ＰＩＤ与模糊控制的优点，在 保证控制精度的同时，提高了系统抗干扰能力与稳定性，满 足钻井性能指标，证明了补偿绞车方案的有效性，为系统的 优化设计与开发提供了依据。 参考文献： ［１］ 白鹿，等．钻柱液压升沉补偿系统参数计算及比较分析［Ｊ］． 石油矿场机械，２００９，３８（３）：１０—１３． ［２］ 杨文林，张竺英，张艾群．水下机器人主动升沉补偿系统研究 ［Ｊ］．海洋工程，２００７，２５（３）：６８—７２． ［３］ 肖体兵，等．深海采矿升沉补偿系统非线性仿真模型的建立和 试验［Ｊ］．中国机械工程，２００４，１５（９）：７９２—７９５． ［４］ 姜浩，等．浮式钻井平台主动式钻柱升沉补偿装置设计［Ｊ］． 石油学报，２０１２，３３（３）：４８３—４８４． ［５］任克忍，等．海洋钻井升沉补偿系统技术分析［Ｊ］．石油机械， ２００９，３７（９）：１２５—１２８． ［６］ 张彦廷，等．海洋浮式钻井平台绞车升沉补偿装置［Ｒ］．中国， ２０１２１０ｌ８３４４２．５．２０１２－９－２６． ［７］彭天好，杨华勇，徐兵．变频回转液压系统的动态特性仿真 ［Ｊ］．机床与液压，２００１，（３）：７－９． ［８］周文彬，等．应用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型设计和优化控制系统［Ｊ］．计 算机仿真，２００７，２４（０８）：９８－１００． ［９］ ＳｔｅＰＲ．Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ Ｃｏｎｔｒｏｌ，１９９７，１２（８）：６８５－６８９． ［１０］ 钟士元，田建设．基于ＭＡＴＬＡＢ的模糊异步电动机软起动系 统的仿真［Ｊ］．计算机仿真，２００５，２２（７）：１５７—１５９． ［作者简介］ 黄鲁蒙（１９８６一），男（汉族），山东单县人，博士研究 生，主要从事石油钻井装备方面的研究； 张彦廷（１９６８一），男（汉族），黑龙江拜泉人，教授、 博士生导师，主要从事流体传动及控制工程方面的 研究； 张磊（１９８９一），男（汉族），山东德州人，硕士研究生，研究方向为 海洋石油装备； 齐明侠（１９５５一），男（汉族），河北故城人，教授，硕士生导师，主要从 事机械设计理论的研究。 一３１１一
