基于Simulink的抽油闭环控制系统仿真

??386??石油天然气学报(江汉石油学院学报)??2009年8月??第31卷??第4期

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基于Simulink的抽油闭环控制系统仿真

????李静文,于佐军??(中国石油大学(华东)信息与控制工程学院,山东东营257061)

[摘要]在抽油系统中常存在??大马拉小车??的现象,造成能源浪费。使用变频调速技术,动态调节电机

转速,使其根据抽油机负载而变化,通过控制电机转速来控制抽油系统;分别使用PID和模糊PID控制

算法,在Simulink中进行仿真研究,取得了良好的控制效果。

[关键词]抽油机;变频调速;模糊PID控制

[中图分类号]TE931??2;TE933[文献标识码]A????[文章编号]1000??9752(2009)04??0386??03

游梁式抽油机是石油行业中普遍使用的采油设备,对其进行节能改造应从2个方面入手:一是从电动机本身考虑,提高电动机效率和负荷率,从而提高运行效率和功率因数;二是从系统考虑,就是改变电动机的机械特征,使机、杆、泵整个系统达到较好的配合,提高系统效率。实践证明,变频调速技术提高自动化程度,节能显著,在抽油系统中应用极为广泛,而目前抽油机变频智能控制装置基本上是开环控制[2]。为此,笔者通过控制电机转速来实现对抽油系统的闭环控制,提高自动化程度,使电机转速跟随抽油机负载变化而调节,解决??大马拉小车??的状况。[1]

1??抽油系统闭环控制原理

抽油系统的总体控制策略是根据电动机输出功率和泵充满度的关系来控制抽油机系统。电动机输出功率与泵充满度有着密切的关系[3]。在冲次一定的情况下,电机输出功率与泵充满度成正比,泵在某一充满度时电动机输出功率与冲次有关,在同一井况下,冲次越低,电动机输出功率越小。抽油机冲次也是通过电机转速控制的,电动机的输出功率也与电机转速有关,因此,整个控制策略归根到底就是对电机的转速进行控制,将泵充满度进行反馈,若反馈信号大于设定值,就提高电动机输出功率,增加冲次,提高电机转速;反之,

就减少电机转速。

抽油系统闭环控制框图如图1所示,

利用电机转速与输入电压之间的线性关系

来控制电机运转。设计控制器,控制器输

出信号给变频器,带动电机运转,电机转

速通过编码器检测反馈到控制器,组成闭

环控制系统,使电机速度能够随负载的变

化调节,从而使抽油机的输出功率与负载

达到最佳的匹配。????图1??抽油系统闭环控制原理框图

2??抽油控制系统的设计

2??1??抽油系统数学模型的建立

抽油机作为异步三相电动机的负载,其影响参数[4,5]是抽油机的曲柄扭矩:

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??[收稿日期]2009??05??12[作者简介]李静文(1984??),女,2006年大学毕业,硕士生,现主要从事工业过程仿真控制技术方面的研究工作。

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