微型液压动力系统的ＰＷＭ控制研究
韩家威 刘白雁 莫文锋
武汉科技大学，武汉，４３００８１
摘要：对一种用于石油自动垂直钻井工具的微型液压动力系统进行脉宽调制控制研究，以实现在垂直钻井中对纠斜力的连续调节。针对这种具有微小容积、极小流量、单柱塞泵驱动的微型液压动力系统提出了一种非连续的脉宽调制控制方法，即通过合理确定ＰＷＭ控制的脉宽周期、占空比、启动的特点，
与结束时间，可在一定范围内利用两位两通电磁换向阀实现对执行机构输出力的连续控制。借助并通过实验进行了验证。ＡＭＥＳｉｍ软件对该系统进行了仿真分析，
关键词：垂直钻井；液压系统；脉宽调制；占空比
）中图分类号：ＴＨ１３７．９ 文章编号：１００４—１３２Ｘ（２０１１２３—２８４９—０４
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０ 引言
本文所讨论的微型液压动力系统是一种组装在用于石油勘探的自动垂直钻具上的液压动力单元。该动力单元集成了单柱塞泵、电磁阀、纠斜液油箱等液压系统的基本要件。在自动垂直压缸、
钻具的近钻头处径向均布了三组这种高度集成的液压动力单元，以起到控制钻头走向、保证井眼垂
１－２］。直的作用［
型液压动力系统输出的纠斜力的连续控制。
对电磁阀进行ＰＷＭ控制时，电磁阀的阀口并且与计算机之一直工作在全开或全闭的状态，
／因而抗污染能力和抗干扰间接口无需ＤＡ转换，国内大多是采用进口的高速电能力很强。目前，
磁开关阀对流量连续的液压系统进行位置或速度
３－４］
，的ＰＷＭ控制［而本文则试图采用普通的电磁
换向阀对一种具有较小容积、流量，且流量不连续的微型液压动力系统进行输出力的脉宽调制控制。
由于井下工作环境恶劣，使得液压动力单元这上使用的控制阀只能是开关式的电磁换向阀，就导致由三组径向均布的液压动力单元产生的作
１］
。用于井壁的纠斜合力的方向最多只能有６个［
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１ 微型液压动力系统工作原理
自动垂直钻具上所用的微型液压动力系统的组成结构如图１所示。液压系统的工作原理如若电磁阀通电，在偏心轴承的回程阶段，柱塞下：
泵通过吸油单向阀从油箱吸油；在偏心轴承的推吸油单向阀关闭，液压油通过压油单向阀程阶段，
进入纠斜液压缸的无杆腔。当柱塞泵的出口压力达到溢流阀的设定压力时，压油单向阀不再开启，液压油直接通过溢流阀流回油箱。若电磁阀断则液压油依次经过压油单向阀、电磁阀流回油电，
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虽然这样也能起到纠斜的作用，但如果能够在井眼的任意方向上都进行准确的纠斜控制，就可以极大地提高纠斜的速度，进一步改善纠斜的效果，这就要求对液压动力单元产生的纠斜力进行连续控制。而对现有的液压动力单元上的电磁换向阀进行脉宽调制（控制就有可能实现对该微ＰＷＭ）
收稿日期：２０１０—１２—２３
）；基金项目：国家自然科学基金资助项目（国家高技术５０５７４０７０）资助项目（研究发展计划（８６３计划）２００６ＡＡ０６Ａ１０２