V01．30 NO．6
NOV． 2009
第3(J卷第6期
2009年11月
石
ACTA
油
学
PETROI，EI SINICA
报
文章编号：0253—2697(2009)06—0942—05
Boost型转矩控制器的稳定控制技术研究
程为彬
汤
楠
汪跃龙
郭颖娜 康思民
霍爱清
(西安石油大学陕西省钻机控制技术重点实验室陕西西安710065)
摘要：调制式旋转导向钻井工具通过调节涡轮电机的输出转矩来实现导向控制，斩波武转矩控制器有较大的电流谐波，会产生较
大的脉动转矩和较强的电磁干扰。功率因数和转换效率低。针对斩波控制器的不足，提出一种Boost型转矩控制电路。介绍了这种
控制器的工作原理，从而建立了控制电路的数学模型。通过分析控制系统的稳定性以及不稳定状态的混沌分岔行为特征，给出混
沌控制策略，并详细研究了分别采用参数正弦微扰共振和参数线性斜坡微扰共振方法时电路的控制特征及效果。台架模拟试验表
明，选用参数线性斜坡微扰法可保证电路稳定可靠地工作，达到抑制脉动转矩、提高功率因数和转换效率的目的。
关键词：旋转导向钻井工具；转矩控制器；混沌控制方法；控制电路；数学模型
中图分类号：TE243
文献标识码：A
controller
Research on
for Boost
torque
stability—control technique
CHENG Weibin
KANG Simin TANG Nan WANGYuelong HUO
Aiqing
GU()Yingna
(Shaanxi
Control
710065，China)
Technique，Xi’an Shiyou University，Xi’an
KeyLaboratory of Drilling Rigs
Abstract：The
control of modulated
tool can be realized
the
of the turbo
output torque
steering
rotary steering drilling
by regulating
resulted in
much more
harmonics in
and elec—
larger
controller was tO
proposed
motor．There were
current
the
controller，which
torque ripples
chopping torque
interferes and lowered the
factor and the conversion
kind of Boost
power
efficiency．A
torque
tromagnetic
solve above
the
of Boost
controller was introduced，and the mathematical model for
control
problems．Theworking principle
torque
were ana。
section
unsteady
circuit of controller wasbuilt
of the control
and ehaotic characteristics of the
up．The stability
system
chaotic control methodswere discussed．The control characteristics and effects in the circuit control while
using parame—
lyzed．The
ter sinusoidal
resonanceand
linear
resonance were
test of simulation tool
and reliable
op—
perturbation
indicated that the
parameter
ramp perturbation
investigated．The
controller
could
linear
resonancemethod
make the
parameter
ramp perturbation
torque
being steady
and
the
factor and conversion
power efficiency．
improve
eration。suppress torque ripple
control
model
method；control circuit；mathematical
Keywords：rotary steering drilling tool；torque controller；chaotic
旋转导向钻井技术已成为国内外石油工业研究的
热点[1]。目前国内研究的调制式旋转导向闭环钻井系
统，主要通过控制井下偏置导向工具来达到控制井眼
轨迹的目的，其中稳定平台是关键；稳定平台工具面的
控制是通过调节下涡轮电机输出电磁转矩来实现
的[2’6]。由于电机的转矩系数和主磁通一般为常数，则
电机的电磁转矩主要与转子电流和功率因数有关，调
节下涡轮电机负载电流可实现对稳定平台工具面角的
控制。
个完全密闭的空间中存在大量的谐波，产生的电磁干
扰很强，试验过程中出现系统死机和通讯失败等故障。
直流PWM斩控设计只考虑对转子电流的控制，
忽略了功率因数的影响，使电路转换效率很低，无功损
耗增大，额定转矩要求下电机的设计体积增大，转动惯
量增大，影响系统的动态调节能力和稳态性能的提高。
笔者设计了一种功率因数校正型井下工具转矩控制
器，对其控制原理、电路模型、技术和稳定性进行了较
深入的研究。
当采用交流全桥整流、直流PWM斩控电路来调
节下电机的负载电流时乜]，电机负载电流明显存在幅
伉较大的奇次谐波，产生了相应的谐波转矩。导致电磁
转矩脉动和角速度波动，使得稳定平台的稳定控制性
能欠佳；电机低速运行时还产生爬行现象。同时在一
1
转矩控制电路和数学模型
1．1
电路模型与转矩控制原理
为进一步提高电机输出电压利用率和输出负载电
路的功率因数，减小电机的电流谐波，抑制输出转矩脉
基金项目：中国石油天然气集团公司中青年创新基金项目(07E1014)和陕西省自然科学基础研究计划项目(SJ08E216)联合资助。
作者简介：程为彬．男。1970年3月生，2007年获西安理工大学博士学位，现为西安石油大学电子工程学院教授，主要从事控制科学与工程和电力电
子技术方面的研究。E-mail：．edu．cn
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