直线电机在抽油机中的应用技术研究

论文摘要

油田开采原油的常见方法有两种：第一种方法是在新开发且储量大的一些油田,利用地层本身能量来举升原油的白喷采油法；第二种方法是当油田开发到中后期时,油田自身不具备能使自己自发喷出的能量,这时就需要借助外界的机械设备来采油,人们把这种方法称为机械采油法。常规游梁式抽油机从研制到现在,经受了各种各样的工况和油田地域的考验,更适用于现场工况,可靠性也高；而且它的结构简单,容易制造,能经久的使用,在采油设备中占据着十分重要的位置。然而常规游梁式抽油机结构所特有的性能不仅仅降低了它的平衡效果,产生了负扭矩,还使自身的工作效率也降低了,并且能耗也增大了。直线电机抽油机是在人们总结的原有抽油机优缺点的基础上而研制出来的一种新型节能型抽油机,它用直线电机做驱动装置,省略了中间的传动环节；将电能直接转变成直线运动,减少了中间传动环节的能量损失,并且用天平的平衡原理增强了抽油机的平衡能力。本文在分析直线电机、直线电机抽油机的发展现状、趋势和应用的基础上,确定了应用直线感应电机实现直线电机抽油机的快速性和平稳性的方案。通过对直线电机抽油机基本运行参数的分析,确定了采用自适应模糊控制算法对其基本运行参数进行优化,降低悬点最大载荷及最大载荷与最小载荷差值,使直线电机运行更加平稳。论文选用TI公司的TMS320LF2407型DSP作为控制核心,并完成了外围硬件电路的设计和相应的软件设计。在系统硬件设计上,主要有控制电路、数据采集、直线电机以及它的驱动电路、显示电路四部分。软件方面给出了部分软件的流程图。由仿真实验证明,本文所提的系统的研究思路、控制方法、系统硬件及软件设计是可行的。系统具有结构简单、运行平稳、控制精度高、抗干扰性强等特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 直线电机的发展与应用
• 1.1.1 直线电机的发展
• 1.1.2 直线电机的应用
• 1.1.3 直线电机的特点
• 1.2 抽油机的应用
• 1.3 常规游梁式抽油机存在的主要问题
• 1.4 直线电机式抽油机的特点
• 1.5 本课题研究的内容结构
• 第二章 直线感应电机的建模
• 2.1 直线感应电机的结构及工作原理
• 2.2 感应电机矢量控制的基本原理
• 2.2.1 矢量控制思想的提出
• 2.2.2 矢量变换坐标系
• 2.3 直线感应电机的端部效应及涡流损耗
• 2.4 直线感应电动机的数学模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 直线感应电动机的控制策略
• 3.1 模糊控制策略的提出
• 3.1.1 模糊控制系统
• 3.1.2 各种控制器的优缺点
• 3.2 模糊控制器的设计
• 3.2.1 常规模糊控制器的设计
• 3.2.2 自调整模糊速度控制器的设计
• 3.2.3 自调整模糊电磁推力控制器的设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 直线电机抽油机基本工作原理
• 4.1 直线电机抽油机的基本结构
• 4.2 抽油机的悬点运动分析
• 4.3 直线电机抽油机的悬点载荷分析
• 4.3.1 悬点动载荷的大小和变化规律
• 4.3.2 悬点静载荷的大小和变化规律
• 4.4 抽油机平衡理论
• 4.5 本章小结
• 第五章 直线电机抽油机系统的硬件与软件设计
• 5.1 系统硬件结构总体设计
• 5.2 控制电路设计
• 5.3 主电路设计
• 5.4 系统保护电路
• 5.5 系统的软件设计
• 5.5.1 软件整体设计
• 5.5.2 速度调节子程序
• 5.5.3 换相服务子程序
• 5.5.4 PWM周期中断子程序
• 5.6 本章小结
• 第六章 控制系统的MATLAB仿真
• 6.1 仿真模型的建立
• 6.2 仿真及结果分析
• 6.2.1 空载实验
• 6.2.2 负载实验
• 6.2.3 系统对扰动输入信号抗干扰性
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读学位期间研究成果