Разработка и исследование наблюдателя полного порядка динамической системы "кабельная линия - синхронный двигатель с постоянными магнитами" в дискретном времени

Abstract

Актуальность. В настоящее время возрастает доля установок центробежных электронасосов, эксплуатирующихся в прерывистых режимах, что позволяет повысить добычу нефти для мало- и среднедебитных скважин. Это достигается путем перевода скважины на двухпозиционные режимы управления с отдельными циклами откачки и накопления жидкости. Однако в этом случае существенно сокращается время разгона погружного электродвигателя, которое может достигать нескольких минут. Такой подход ведет к сокращению наработки на отказ как электродвигателей, так и компонентов погружной части установки вследствие повышения амплитуды вибраций и крутильных колебаний в сравнении с квазистационарными процессами в случае непрерывной эксплуатации скважины. Достичь снижения влияния пусковых токов и моментов, приводящих к избыточному усталостному износу элементов погружной части установки, можно путем применения замкнутых бездатчиковых систем управления электроприводов погружных электродвигателей. Это обуславливает актуальность разработки методов идентификации неизмеряемых переменных состояния погружных электродвигателей, таких как вектор потокосцепления и угловая скорость ротора, на основе наблюдателей состояния полного порядка.

Цель. Разработка и исследование наблюдателя полного порядка угловой скорости и момента сопротивления на валу для динамической системы «кабельная линия - синхронный двигатель с постоянными магнитами» на основе явных математических моделей в дискретном времени для реализации замкнутых бездатчиковых систем управления электроприводом установок центробежных электронасосов.

Методы. Методы системного анализа и структурно-параметрического синтеза динамических систем, методы идентификации неизмеряемых переменных состояния динамических систем на основе наблюдателей состояния, методы численного математического моделирования динамических систем, описываемых системами жестких дифференциальных уравнений, и методы решения систем нелинейных алгебраических уравнений.

Результаты. Разработана настраиваемая математическая модель наблюдателя полного порядка угловой скорости ротора и момента сопротивления на валу для динамической системы «кабельная линия - синхронный двигатель с постоянными магнитами». Исследована работоспособность наблюдателя при отработке типовых режимов и при отклонении параметров его настраиваемой модели от эталонных. Для всех режимов относительная ошибки оценивания угловой скорости ротора и момента сопротивления на валу составили менее 1,5 и 1 % соответственно.