Adaptive control of drilling by identifying parameters of object model under nonstationarity conditions

Abstract

Purpose. The research is intended to investigate and synthesize adaptive control over drilling by identifying parameters of an object model under non-stationarity conditions. Methods. Under conditions of rapidly changing borehole drilling indices, a two-level adaptive control strategy is applied, combining investigation of drilling and its control. The structure of the control system includes an additional block of forming the model on the basis of data on indirect features. Findings. The research develops a method for seeking the extremum developed for the object whose dynamics is described by a first-order linear differential equation. The method allows to determine the value of the output signal by evaluating the initial phase of the transient process caused by the changed input signal for a set step. Originality. The suggested algorithm of noise-free identification makes it possible to assess the factor of the control object transfer under the action of random disturbances. The data obtained is used to adjust the gain factor of the controller in the closed loop automatic control system of drilling. Practical implications. The suggested structure and algorithm of drilling control allow enhancing drilling efficiency by ensuring relevant mechanical drilling rates through defining corresponding rotation speeds and axial loads of a drilling tool.

Мета. Метою роботи є дослідження і синтез адаптивного керування процесом буріння в умовах нестаціонарності на основі ідентифікації параметрів моделі об’єкта. Методика. В умовах показників процесу буріння свердловин, що досить швидко змінюються, використана стратегія дворівневого адаптивного управління, яка полягає в одночасному дослідженні процесу буріння й керуванні даним процесом. При цьому в структуру системи керування додатково включено блок формування моделі на основі інформації про непрямі ознаки. Результати. Розглянуто метод пошуку екстремуму стосовно об’єкта, динаміка якого описується лінійним диференціальним рівнянням першого порядку. Метод дозволяє по початковій ділянці перехідного процесу в об’єкті, викликаного зміною вхідного сигналу на заданий крок, визначити стале значення вихідного сигналу об’єкта. Наукова новизна. Пропонований алгоритм перешкодозахищеної ідентифікації дозволяє оцінити величину коефіцієнта передачі об’єкта керування в умовах дії випадкових перешкод. Отримана інформація використовується для ефективного налаштування коефіцієнта посилення регулятора у замкнутій системі автоматичного керування технологічним процесом буріння. Практична значимість. Запропоновані структура і алгоритм керування процесом буріння, що дозволять підвищити ефективність процесу буріння свердловин, забезпечивши оптимальну механічну швидкість буріння шляхом визначення відповідних значень частоти обертів і осьового навантаження породоруйнуючого інструменту.

Цель. Целью работы является исследование и синтез адаптивного управления процессом бурения в условиях нестационарности на основе идентификации параметров модели объекта. Методика. В условиях достаточно быстро изменяющихся показателей процесса бурения скважин использована стратегия двухуровневого адаптивного управления, которая заключается в одновременном исследовании процесса бурения и управлении данным процессом. При этом в структуру системы управления дополнительно включен блок формирования модели на основе информации о косвенных признаках. Результаты. Рассмотрен метод поиска экстремума применительно к объекту, динамика которого описывается линейным дифференциальным уравнением первого порядка. Метод позволяет по начальному участку переходного процесса в объекте, вызванного изменением входного сигнала на заданный шаг, определить установившееся значение выходного сигнала объекта. Научная новизна. Предлагаемый алгоритм помехозащищенной идентификации позволяет оценить величину коэффициента передачи объекта управления в условиях действия случайных помех. Полученная информация используется для эффективной подстройки коэффициента усиления регулятора в замкнутой системе автоматического управления технологическим процессом бурения. Практическая значимость. Предлагаемая структура и алгоритм управления процессом бурения позволяют усилить его эффективность путем обеспечения необходимой скорости механического бурения, определения соответствующих скоростей вращения и осевых нагрузок на бурильный инструмент.