摘 要：利用电液伺服控制理论和xPC技术建立钻井试验装置钻压伺服系统，系统采用阀控缸电液力伺服控制。通过改变工况以及设计控制器进行辨识模型的数字仿真和半物理仿真，验证了该辨识模型的准确性。该研究对钻压伺服系统建模及控制系统设计具有参考价值。
关键词：钻压伺服；模型辨识；电液伺服
0 引言
不断提高钻井技术水平、降低钻井成本， 一直是石油行业追求的目标。钻井井下工具工况模拟装置， 为开展深层次的钻井基础理论研究和钻井应用技术研究提供必要的试验和模拟手段。为了提高试验中压力的精度， 在钻井试验装置中设计钻压电液力伺服控制系统。
1 xPC半实物仿真环境
xPC目标是Mathworks公司提供和发行的一个基于实时工作空间（RTW）体系框架的附加产品, 它引入一种快速原型设计方法，用于控制器的实时测试和开发，即用Simulink 等设计出来的控制器直接去控制受控对象实物，通过半实物仿真过程观察控制效果。能快速地建立控制对象及控制器的模型, 并对整个控制系统进行多次在线的实验来验证控制系统方案的可行性[2]。
1.1 xPC半实物仿真平台原理
图1 XPC实时系统的半实物仿真环境
本系统的xPC目标采用了宿主机——目标机的技术途径, 即“双机”模式：宿主机为PC机, Windows操作系统, 安装MATLAB软件, 用于运行Simulink, 设计、创建目标应用程序; 目标机为研华工控机, 用于执行所生成的控制程序代码, 并通过以太网LAN连接来实现和宿主机之间的通信，见图1。
快速原型化环境中xPC目标的使用情况：首先在宿主PC机的MATLAB下创建控制程序文件, 通过LAN的TCP / IP协议编译、下载到目标机上; 目标工控机接收并运行从宿主机上传来的控制代码程序, 对PCI、ISA地址进行操作, 直接读写板卡,这些板卡又与物理系统的传感器和执行元件连接, 接收各种传感器信号并发出控制信号; 在程序运行期间用户还可以利用LAN从宿主机上对xPC目标程序进行在线参数调节、下载保存数据等控制。
2 模型辨识理论依据
2.1 液压伺服系统的理论数学模型
根据液压控制理论建立电液伺服系统的数学模型[3]，为下一步的模型辨识提供理论依据。
3 基于MATLAB的模型辨识研究
本文对力置反馈闭环控制来进行硬件（电液力伺服系统）辨识。通过RTW将Simulink模型编译成C代码，再由编译器将代码转换成执行文件，在实时目标内核中运行。考虑到系统的时变和干扰性，共进行多组实验，对于xPC目标, 在目标应用程序实时运行过程中对参数交互式调整，分别以正弦信号和阶跃信号为输入，通过改变Sine Wave模块的振幅和频率，step模块的阶跃时间及阶跃值，对参数的改变将立即反映到信号输出中，记录其输出数据。这样在xPC实时系统的半实物仿真环境下，在线得到多组输入输出数据。
在MATLAB环境下输入ident，进入辨识GUI，把采集到的各组输入输出数据导入（import）到数据（data）窗口，进行预处理（preprocess operations）, 数据分成两部分，一部分用做工作数据（working data）进行模型辨识，另一部分用作验证数据（validation data）。本例分别采用ARX模型和状态空间模型。
系统辨识过程中，一个重要的内容就是根据对系统已有的认识来确定对模型结构(即阶次等模型参数)。
由液压伺服系统的数学模型可知，对于阀控缸电液力伺服系统，当系统固有频率较低时，可以认为是3阶系统，当系统固有频率较高时，把伺服阀看作2阶震荡环节，系统就是一个5阶系统。辨识获得被控对象的模型以后，可以方便的使用MATLAB的系统辨识工具箱对获得的模型进行观察，经比较n4s3的贴合度比较好。模型如下：
5 结论
本文提出的通过对象的阶跃响应获取对象模型的辨识方法对电液、电气伺服系统的模型辨识和控制系统的设计具有实际意义。辨识的结果可为电液伺服系统的控制算法研究、参数整定、仿真及故障诊断等提供依据。
参考文献
[1]李洪人.液压控制系统[M].国防工业出版社,1981
论文作者:陆雅玲
论文发表刊物:《文化研究》2017年3月
论文发表时间:2017/7/7
标签：模型论文; 目标论文; 系统论文; 宿主论文; 伺服系统论文; 控制系统论文; 数据论文; 《文化研究》2017年3月论文;