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

1、三元復(fù)合驅(qū)就是利用堿(Alkali)--表面活性劑(Suffactam)--聚合物(Polymer)(簡(jiǎn)寫(xiě)為ASP)的復(fù)配作用進(jìn)行驅(qū)油.大慶油田從1994年開(kāi)始開(kāi)展三元復(fù)合驅(qū)油礦場(chǎng)試驗(yàn)以來(lái),已經(jīng)建成了多座三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)站,這些試驗(yàn)站分別位于大慶油田的幾個(gè)采油廠,地理位置較遠(yuǎn).而在三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)階段,準(zhǔn)確完備的了解各個(gè)試驗(yàn)站的情況,便于實(shí)時(shí)控制,及時(shí)處理具有重大的現(xiàn)實(shí)意義.因此,我們提出基于Ethemet網(wǎng)絡(luò)控制的三元復(fù)合驅(qū)過(guò)程控制研究課

2、題.主要研究工作如下:分析三元復(fù)合配注工藝、油水分離工藝的流程,通過(guò)試驗(yàn)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(shí)認(rèn)為,往復(fù)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(guò)程.而這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析結(jié)論的傳遞、以及對(duì)往復(fù)泵的故障診斷、油水界面的控制,都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的.給出基于NCS的三元復(fù)合驅(qū)注采液處理過(guò)程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn). 在基于NCS的三元復(fù)合驅(qū)注采液處理過(guò)程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,給出

3、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的3個(gè)基本議題以及它們對(duì)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(wèn)題中,對(duì)象輸入/出的數(shù)據(jù)包時(shí)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(shí)延分析,首次對(duì)NCS時(shí)延因子進(jìn)行了歸類(lèi)分析,將時(shí)延因子分為:發(fā)送端時(shí)延、接受端時(shí)延、I/O時(shí)延和器件時(shí)延4大類(lèi)13個(gè)因子:采用模糊層次分析法求得了NCS時(shí)延因子的相對(duì)重要度,為NCS時(shí)延分析提供重要的參考依據(jù).設(shè)計(jì)了基于Ethemet網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時(shí)延的

4、測(cè)量的基本方法,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析.通過(guò)理論研究,得出時(shí)延的估計(jì)策略,對(duì)具有狀態(tài)反饋和非線性的對(duì)象進(jìn)行仿真研究.針對(duì)ASP的控制系統(tǒng)的傳輸環(huán)節(jié),在TCP非線性動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上利用RED分析和設(shè)計(jì)了主動(dòng)隊(duì)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(gè)瓶頸鏈路隊(duì)列并根據(jù)鏈路容量、網(wǎng)絡(luò)載荷、往返時(shí)間等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)討論了它們的反饋特性.然后在這個(gè)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(jī)

5、早期檢測(cè)機(jī)制(REl))設(shè)計(jì)了一個(gè)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(jì)線性穩(wěn)定系統(tǒng)的指導(dǎo)方針.該系統(tǒng)在載荷變化時(shí)的具有很好的魯棒性.研究結(jié)果的有效性通過(guò)ns2模擬器進(jìn)行了驗(yàn)證. 針對(duì)ASP的注入系統(tǒng)主要設(shè)備.往復(fù)泵的故障診斷,文中提出以常見(jiàn)的壓力信號(hào)(閥箱內(nèi)的壓力)作為系統(tǒng)特征信號(hào)來(lái)提取故障特征向量的方法.這種方法信號(hào)測(cè)取簡(jiǎn)單、處理方便,有著振動(dòng)信號(hào)方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn).文中利用時(shí)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(yàn)證了此方法的有效性.此方法的優(yōu)點(diǎn)在于特征信號(hào)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(gè)泵閥同時(shí)發(fā)生故障的情形.同時(shí),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(xùn)練樣本數(shù)據(jù),利用小波包分析方法對(duì)所采集到的初始?jí)毫π盘?hào)進(jìn)行處理和分析,并提取系統(tǒng)故障特征信息.同時(shí),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(diǎn)數(shù),通

7、過(guò)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(jī)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(yàn)樣本數(shù)據(jù)驗(yàn)證,該方法對(duì)于泵閥的各種故障都有很好的診斷效果.并采用試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證訓(xùn)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(cè)控制(SFPC)算法,對(duì)帶有耦合、不確定性的油田三元

8、復(fù)合驅(qū)油水分離控制過(guò)程進(jìn)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(guò)程的分解完全適用于狀態(tài)反饋的三元復(fù)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(duì)時(shí)滯過(guò)程進(jìn)行分解分析,推導(dǎo)出多變量線性時(shí)滯系統(tǒng)的時(shí)滯獨(dú)立穩(wěn)定充分條件方程式.在此基礎(chǔ)上,給出了幾個(gè)判定線性時(shí)滯系統(tǒng)獨(dú)立穩(wěn)定的簡(jiǎn)單判據(jù).討論了時(shí)滯系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性,給出了系統(tǒng)