基于Ethernet網(wǎng)絡(luò)控制的三元復合驅(qū)過程控制研究.pdf

1、三元復合驅(qū)就是利用堿(Alkali)--表面活性劑(Suffactam)--聚合物(Polymer)(簡寫為ASP)的復配作用進行驅(qū)油.大慶油田從1994年開始開展三元復合驅(qū)油礦場試驗以來,已經(jīng)建成了多座三元復合驅(qū)試驗站,這些試驗站分別位于大慶油田的幾個采油廠,地理位置較遠.而在三元復合驅(qū)試驗階段,準確完備的了解各個試驗站的情況,便于實時控制,及時處理具有重大的現(xiàn)實意義.因此,我們提出基于Ethemet網(wǎng)絡(luò)控制的三元復合驅(qū)過程控制研究課

2、題.主要研究工作如下:分析三元復合配注工藝、油水分離工藝的流程,通過試驗和分析,給出配注、油水分離工藝、采出水處理的新流程、新方法,同時認為,往復泵是配注工藝的關(guān)鍵設(shè)備,油水分離是采出液處理的主要技術(shù)管理過程.而這些試驗數(shù)據(jù)和分析結(jié)論的傳遞、以及對往復泵的故障診斷、油水界面的控制,都是通過網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實現(xiàn)的.給出基于NCS的三元復合驅(qū)注采液處理過程的系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn). 在基于NCS的三元復合驅(qū)注采液處理過程的系統(tǒng)設(shè)計的過程中,給出

3、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的3個基本議題以及它們對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能的影響,指出在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的主要問題中,對象輸入/出的數(shù)據(jù)包時延增加、以及網(wǎng)絡(luò)包的丟失概率增大,其根本原因是網(wǎng)絡(luò)擁塞的產(chǎn)生.為了系統(tǒng)的時延分析,首次對NCS時延因子進行了歸類分析,將時延因子分為:發(fā)送端時延、接受端時延、I/O時延和器件時延4大類13個因子:采用模糊層次分析法求得了NCS時延因子的相對重要度,為NCS時延分析提供重要的參考依據(jù).設(shè)計了基于Ethemet網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時延的

4、測量的基本方法,并對結(jié)果進行分析.通過理論研究,得出時延的估計策略,對具有狀態(tài)反饋和非線性的對象進行仿真研究.針對ASP的控制系統(tǒng)的傳輸環(huán)節(jié),在TCP非線性動態(tài)模型的基礎(chǔ)上利用RED分析和設(shè)計了主動隊列管理(AQM)控制系統(tǒng).首先線性化了TCP的互聯(lián)模型以及一個瓶頸鏈路隊列并根據(jù)鏈路容量、網(wǎng)絡(luò)載荷、往返時間等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)討論了它們的反饋特性.然后在這個模型的基礎(chǔ)上利用與一些自由參數(shù)例如:低通濾波閾值以及與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)的丟包概率等相關(guān)聯(lián)的隨機

5、早期檢測機制(REl))設(shè)計了一個AQM控制系統(tǒng).提出了在有延遲比和載荷水平等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的條件下設(shè)計線性穩(wěn)定系統(tǒng)的指導方針.該系統(tǒng)在載荷變化時的具有很好的魯棒性.研究結(jié)果的有效性通過ns2模擬器進行了驗證. 針對ASP的注入系統(tǒng)主要設(shè)備.往復泵的故障診斷,文中提出以常見的壓力信號(閥箱內(nèi)的壓力)作為系統(tǒng)特征信號來提取故障特征向量的方法.這種方法信號測取簡單、處理方便,有著振動信號方法無法比擬的優(yōu)點.文中利用時域中的相關(guān)分析和頻域中

6、的功率譜分析、小波包分析技術(shù)提取了故障特征向量,且各故障之間的特征區(qū)分明顯,充分驗證了此方法的有效性.此方法的優(yōu)點在于特征信號取自于閥箱內(nèi)的壓力,不易受到外部環(huán)境的干擾,適用于多個泵閥同時發(fā)生故障的情形.同時,文中還構(gòu)造了三層的前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),以小波包分析提取的故障特征向量作為網(wǎng)絡(luò)的訓練樣本數(shù)據(jù),利用小波包分析方法對所采集到的初始壓力信號進行處理和分析,并提取系統(tǒng)故障特征信息.同時,以重構(gòu)相空間中的飽和嵌入維數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層節(jié)點數(shù),通

7、過采用遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)重,將重構(gòu)相空間、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)三者有機地結(jié)合,提出并建立了相空間遺傳BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷模型,確定了合適的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和具體參數(shù).經(jīng)檢驗樣本數(shù)據(jù)驗證,該方法對于泵閥的各種故障都有很好的診斷效果.并采用試驗的方法調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始值.在確定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)后,經(jīng)檢驗數(shù)據(jù)驗證訓練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所得的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)是合理的. 應(yīng)用狀態(tài)反饋預(yù)測控制(SFPC)算法,對帶有耦合、不確定性的油田三元

8、復合驅(qū)油水分離控制過程進行分解分析,給出了傳統(tǒng)的單變量控制框圖到基于Ethernet(TCP/IP)的控制框圖,其控制過程的分解完全適用于狀態(tài)反饋的三元復合驅(qū)油水分離系統(tǒng).給出了基于狀態(tài)反饋的采出液脫水系統(tǒng)的多變量適應(yīng)式SFPC算法:基于Lyapunov穩(wěn)定性理論,對時滯過程進行分解分析,推導出多變量線性時滯系統(tǒng)的時滯獨立穩(wěn)定充分條件方程式.在此基礎(chǔ)上,給出了幾個判定線性時滯系統(tǒng)獨立穩(wěn)定的簡單判據(jù).討論了時滯系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性,給出了系統(tǒng)