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基于MATLAB/Simulink游梁式抽油机动态性能仿真及控制方案研究

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致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2游梁式抽油机简介

1.2.1游梁式抽油机基本结构

1.2.2游梁式抽油机工作原理

1.2.3游梁式抽油机使用现状与发展趋势

1.3游梁式抽油机仿真研究现状

1.3.1 MATLAB/Simulink仿真软件简介

1.3.2游梁式抽油机仿真技术的发展趋势

1.4本论文主要研究内容和工作

第二章游梁式抽油机运动学分析

2.1引言

2.2四杆机构的数学模型建立及分析方法

2.2.1抽油机四杆机构的运动学分析

2.2.2四杆机构各连杆位置、速度和加速度求解

2.2.3四杆机构精度的相容性检验

2.2.4抽油机四杆机构连接件的MATLAB运动学仿真分析

2.2.5运动仿真曲线的实际应用

2.3抽油机悬点运动规律的精确分析

2.3.1抽油机悬点的运动规律的仿真分析

2.3.2抽油机运动仿真相容性检验

2.4本章小结

第三章游梁式抽油机动力学分析

3.1引言

3.2抽油机的动力学数学模型

3.2.1各连接件动力学方程及原理

3.2.2各连接件质心矢量方程

3.2.3各连接件转动惯量

3.2.4平面四杆机构闭环矢量方程

3.2.5系统方程的组装

3.3游梁式抽油机四杆机构的MATLAB动力学仿真分析

3.3.1各铰链点力学方程的仿真分析

3.3.2抽油机悬点载荷理论分析

3.3.3抽油机悬点载荷的计算

3.3.4示功图实际应用及故障诊断

3.4本章小结

第四章游梁式抽油机系统控制方案选择

4.1引言

4.2抽油机交流电机变频调速技术简介及应用

4.3抽油机系统节能控制方案选择

4.3.1系统节能控制策略

4.3.2系统节能控制原理

4.3.3控制系统的组成

4.3.4控制系统的流程

4.4抽油机变频控制系统优点

4.5本章小结

第五章总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

参考文献

附录

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摘要

有杆抽油系统是国内外油田最主要的,也是至今在机械采油方式中占绝对主导地位的人工举升方式.由于游梁式抽油机具有结构简单、使用可靠、操作维护方便,并能在恶劣的自然条件下长期连续工作等优点,在油田开采过程中得到广泛的应用.有杆抽油系统主要由抽油机、抽油杆、抽油泵三部分组成.根据机构是否有游梁,抽油机可以划分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机.我国现有各种型号的抽油机保有量在二十万台以上,仅大庆油田投产使用的各种型号规格的抽油机已超过五分之一。游梁式抽油机是油田使用最广泛的地面采油设备之一。由于游梁式抽油机的工作性能直接影响采油成本,逐步完善游梁式抽油机设计理论,推动抽油机设计技术水平不断提高,研制出新一代具有高精度、网络化、智能化的游梁武抽油机系统对于提高抽油采油系统的工作效率和经济效益具有重要意义。
   本文首先对游梁式抽油机的工作原理、基本结构和抽油机仿真研究现状进行了阐述,提出抽油机设计理论需逐渐完善的必要性和重要性。依据现有的数学理论和成果,在MATLAB/Simulink仿真软件平台上对上述数学模型的基本原理进行仿真性分析,同时对动态参数的计算程序、流程框图和机构系统仿真图进行了设计,优化重要设计参数,将优化结果应用于实际工作,取得了良好效果。
   其次,对已建立的数学模型动力学和运动学系统仿真过程进行了探讨和分析。仿真结果对优化现有机型、改进旧机型和控制系统方案选择有着重要的参考价值。在抽油机运动学分析过程中,对抽油机各连杆和悬点的运动学参数(例如:位移,线速度、角速度和角加速度)进行仿真,这对抽油机冲程长度、最大冲次的设计提供基本依据,同时进行机构仿真误差相容性的分析。在抽油机动力学分析过程中,对关键部件所受最大应力(例如:曲柄销轴和输出轴轴承选型、使用寿命计算等),曲柄所受最大扭矩等进行仿真分析,这些分析对抽油机零部件强度的校核有着重要意义.特别是对抽油机悬点静载荷和惯性载荷的仿真分析,提出悬点振动载荷和摩擦力的标定方案。
   在以上仿真研究的基础上,将仿真结果作为控制系统的参考值。这对抽油机控制系统选择和控制方案的研究,同时为控制系统误差反馈量提供依据。文章最后对抽油机交流电机变频调速技术应用进行了简单介绍,控制系统硬件组成和基本原理,抽油机控制系统的程序流程进行简单论述,这对抽油机节能控制,降低油田石油开采成本,合理化应用电能显得尤为重要。

著录项

  • 作者

    李洪涛;

  • 作者单位

    浙江大学;

    浙江大学控制科学与工程学系;

  • 授予单位 浙江大学;浙江大学控制科学与工程学系;
  • 学科 检测技术与自动化装置
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 徐巍华;
  • 年度 2009
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TE933.1;
  • 关键词

    游梁式抽油机; 控制系统; 动态性能; 仿真分析; 数学模型;

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