【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)容是字符串，可支持中文輸入；（9）控件的Value屬性：設(shè)置控件的當(dāng)前值，格式為標(biāo)量或向量不同的控件有不同的取值；（10）控件的Max、Min屬性：用來指定該控件中可以設(shè)置的最大值和最小值如圖2 中編輯框的Max、Min屬性分別為1，限制擬合階數(shù)取1至10之間的整數(shù)；（11）控件及菜單對象的Callback 屬性：是一個非常重要的屬性，是能完成界面功能的關(guān)鍵圖形界面設(shè)計完成之后，通過對設(shè)計器菜單欄上有關(guān)設(shè)置，點擊工具欄上面的運行按紐，即可自動生成一個主控文件，是軟件的核心部分，包括了GUI界面的初始化，相關(guān)文件的調(diào)用等等。一個圖形界面的完成，最終是通過圖形界面的各種控件對象的操作來完成， 而這些操作必定是通過MATLAB中函數(shù)代碼的執(zhí)行來完成的. 函數(shù)代碼的編制可以通過編寫回調(diào)函數(shù)完成，而編寫時當(dāng)所要求執(zhí)行的指令比較簡單時，可以把該控件的代碼直接寫在“Callback”屬性中；當(dāng)所要求執(zhí)行的指令比較長時可以把函數(shù)代碼放在一個自定義的M文件中，在“Callback”中直接將其文件名寫上，也可以在主控文件中直接編寫，當(dāng)操作該控件時系統(tǒng)會自動執(zhí)行“Call back”中所要求執(zhí)行的內(nèi)容[17]。3導(dǎo)向鉆井信息傳輸通道工作原理 鉆井信息地面與井下雙向通信原理導(dǎo)向鉆井泥漿脈沖信號傳輸與MWD中的信號傳輸在原理上有一定的相似性，但二者在信號傳輸方式和檢測方法上存在著許多不同之處。鉆井液脈沖波的傳輸過程，實際上是一種能量的轉(zhuǎn)換過程。在該下行通訊傳輸方案中，完成相關(guān)任務(wù)的信息下行通訊系統(tǒng)由與地面監(jiān)控裝置相連的負(fù)脈沖發(fā)生器、安裝在井下工具中的數(shù)據(jù)接收裝置和井下工具等部分組成。指令下傳的過程：地面發(fā)送的指令編碼可以控制井下鉆具的工作，由地面設(shè)備通過脈沖控制器、電磁閥控制泥漿排量，依據(jù)排量變化發(fā)送下行指令，再由井下接收裝置接收傳送信息，至井下工具實施控制，完成對鉆頭的導(dǎo)向。井下的近鉆頭信息如工具面角、井斜角等數(shù)據(jù)，由井下工具通過MWD傳送到地面構(gòu)成了上行通道，為下一步工作做好準(zhǔn)備。如圖31為地面與井下雙向通信原理圖。圖31 雙向通信原理圖 鉆井液脈沖信號下傳方案鉆井液脈沖可分為正脈沖和負(fù)脈沖兩種形式。在MWD系統(tǒng)中，大多數(shù)采用的是正脈沖。正脈沖是在鉆鋌內(nèi)安裝脈沖發(fā)生器，它能瞬間阻礙鉆井液的流動，從而產(chǎn)生高于正常壓力的壓力波。在地面信號下行傳輸系統(tǒng)中，采用負(fù)脈沖形式。負(fù)脈沖是通過對立管鉆井液泄流而產(chǎn)生的低于正常壓力的壓力波。在立管上引出一條分支管線，通過地面監(jiān)控計算機形成控制指令，由脈沖閥控制器控制脈沖閥的開啟與關(guān)閉。當(dāng)脈沖閥打開時，鉆井液通過單向閥→脈沖閥→節(jié)流閥分流了立管正常排量的20%的鉆井液，并使其返回泥漿池。由于鉆井液的瞬間分流，導(dǎo)致立管以及鉆柱內(nèi)壓力驟然下降。當(dāng)脈沖閥關(guān)閉時，循環(huán)系統(tǒng)的壓力恢復(fù)到正常值。因此，通過脈沖閥的開啟與閉合，產(chǎn)生鉆井液壓力降、升的鉆井液負(fù)脈沖波形信[8]號。分支管路中蓄能器和節(jié)流閥是為了保持分支管路中液流的平穩(wěn)，避免出現(xiàn)更大的壓力波動。單向閥的作用是防止分支管路中鉆井液倒流。 下行通訊編碼設(shè)計地面下傳控制信號需要經(jīng)過編碼將信號轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘柕木幋a，才能在信道上傳輸。在采用泥漿壓力負(fù)脈沖傳輸方式的通信系統(tǒng)中，通過控制脈沖閥的開啟與閉合以及脈沖閥開啟與閉合的持續(xù)時間，產(chǎn)生泥漿壓力波的下降沿和上升沿以及相應(yīng)的脈寬。綜合考慮國內(nèi)外現(xiàn)行的指令下傳方式、編碼方式及所采用的通信系統(tǒng)特點，以“用不同的壓力脈沖波形代表不同的控制命令”為原則，針對壓力脈沖波的脈寬編碼，利用脈寬形成控制指令代碼[9]。脈寬位的長短可以人為控制，其持續(xù)時間是T的整數(shù)倍mT，規(guī)定其代碼為m。T為最小脈寬寬度，它的大小是在對泥漿循環(huán)沒有影響的前提下由解碼裝置的檢測電路的靈敏度決定的，且不能小于井眼內(nèi)鉆井液波動的衰減周期，一般約定T為30s。另外為了提高井下控制機構(gòu)動作的靈敏性以及保證檢測的準(zhǔn)確性，規(guī)定一條有效控制指令的所有脈寬位的總時間不超過nT（n為整數(shù)），即∑miT＜nT；每一個脈寬位不超過kT（取k為9，k＜n），即m≤k。考慮到實際傳輸有誤差，每一個脈寬位的起始與結(jié)束都允許有177。?T的誤差。這主要是由于地面的負(fù)脈沖發(fā)生器及其控制裝置的精度等引起的，?T的大小為20%T，當(dāng)T=30s時?T為6s。所以若一條控制指令的總時間超過nT＋10?T即為無效指令編碼，若一個脈寬位的時間大于mT＋2?T或小于mT－2?T也是無效代碼?？刂浦噶蠲}沖信號如圖32所示。這樣不同的脈寬構(gòu)成一系列不同的代碼，也就形成了不同的編碼指令，將波形與控制指令編碼聯(lián)系起來。圖32 控制指令脈沖信號考慮到控制指令發(fā)送中以時間最優(yōu)的原則，可以采用附錄B所示編碼方式。表中前三位編碼代表工具面角，采用矩陣概念進(jìn)行排列，即第三位對應(yīng)一級編碼的四個工具面角，即對應(yīng)代碼14；而第二級對應(yīng)的工具面角有4個，故可將其排在第三位編碼上，對應(yīng)代碼58；第三級對應(yīng)8個工具面角，將其排在第二位編碼上，對應(yīng)代碼29。從2開始編碼是因為三降三升的脈沖指令編碼中不會出現(xiàn)0T，最小為1T；第四級有4個工具面角，將其排在第一位編碼上，對應(yīng)代碼25。第四位編碼表示導(dǎo)向力大小，1對應(yīng)100%，2對應(yīng)67%，3對應(yīng)33%。第五位為校驗位，表1中（1）表示取1T，以使指令發(fā)送時間最短，當(dāng)然亦可取發(fā)送次數(shù)，由使用者自行約定。、工具面角方位的關(guān)系一個地面下傳控制指令至少包含有工具面角和導(dǎo)向力等級這兩個控制參數(shù)，它們體現(xiàn)的是井下工具的鉆進(jìn)方向和作用力大小。井下工具鉆進(jìn)的方向及力度可以有無數(shù)種情況，為了能有效控制井下導(dǎo)向工具的工作狀態(tài)，設(shè)置了44個典型導(dǎo)向工況，如圖33所示。這44個導(dǎo)向點每一點所代表的導(dǎo)向力大小與方向都不同，最外圈24個點的導(dǎo)向力大小為100%導(dǎo)向力，每個點相差15度倍角；最內(nèi)圈8個點為33%導(dǎo)向力，每個點相差45度倍角；中間一圈12個點為67%導(dǎo)向力，每個點相差30度倍角。其中0176。、90176。、180176。和270176。方向上共12個導(dǎo)向點的使用頻率最高，即在鉆井過程中，井下工具多以0176。、90176。、180176。和270176。工具面角運行，最外圈上與0176。、90176。、180176。和270176。方向的導(dǎo)向點相鄰的8個導(dǎo)向點的使用頻率最低，其余24個導(dǎo)向點的使用頻率居中。圖33 44個導(dǎo)向點如果對導(dǎo)向效果的要求更細(xì)致，可以增加導(dǎo)向點，設(shè)置每一種導(dǎo)向工況的導(dǎo)向力差別縮小和工具面角差距更小，表31給出了三種設(shè)置效果。表31 三種導(dǎo)向點設(shè)置效果導(dǎo)向力 級別44個導(dǎo)向點72個導(dǎo)向點120個導(dǎo)向點各級點數(shù)相差倍角各級點數(shù)相差倍角各級點數(shù)相差倍角100% 導(dǎo)向力2415176。3610176。606176。67% 導(dǎo)向力1230176。2415176。3610176。33% 導(dǎo)向力845176。1230176。2415176。前面提到每一個脈寬位的取值最多為9T，即每個脈寬位可以有最多9個狀態(tài)，那么三個脈寬位可以達(dá)到729個狀態(tài)，即使對導(dǎo)向角度的要求細(xì)致到360176。每一度，也完全滿足要求。導(dǎo)向力的大小有100%、67%、33%三種狀態(tài)，一個脈寬位就可以滿足對導(dǎo)向力的編碼。另外還需一個脈寬位作為校驗位。由此可見，一條控制指令需要用五個脈寬位代碼來表示。因此只要在地面控制脈沖閥的開啟與閉合，產(chǎn)生3個下降沿和3個上升沿便產(chǎn)生5個脈寬位，如圖34所示。于是脈寬位不同進(jìn)而波形不同的三降三升脈沖就代表了不同的控制指令編碼，承載了地面發(fā)出的控制命令。三降三升脈寬的控制指令代碼方案不改變現(xiàn)有鉆井工藝，不影響實際鉆井工作，并且可以反映在井下渦輪電機的輸出電壓上。圖34 三降三升脈沖4 圖形用戶界面的設(shè)計 兩種界面設(shè)計的方法MATLAB中設(shè)計GUI程序的前臺界面有全命令行的M文件編程和GUIDE輔助的圖形界面設(shè)計兩種方式：（1）全命令的M文件編程設(shè)計GUI程序界面，就是通過低級句柄圖形對象創(chuàng)建函數(shù)，設(shè)置GUI界面下各個交互組件的屬性。這主要用到句柄圖形對象操作的方法。（2）使用GUIDE輔助設(shè)計是一種更簡單的創(chuàng)建GUI程序界面的方法。GUIDE即MATLAB提供的GUI程序的開發(fā)環(huán)境，實際上就是一個圖形用戶界面程序，MATLAB通過簡單的鼠標(biāo)拖拽等操作就可設(shè)計自己的界面，因此也是一般用戶實現(xiàn)GUI編程的首選方法[18]。 圖形用戶界面的設(shè)計在MATLAB主窗口中，選擇File菜單中的New菜單項，在選擇其中的GUI命令，就會顯示圖形用戶界面的設(shè)計模版。MATLAB為GUI設(shè)計一共準(zhǔn)備了4種模版，分別是Blank GUI、GUI with Uicontrol、GUI with Axes and Menu、及Modal Question Dialog。在GUI設(shè)計模板中選擇Blank GUI，然后單擊“OK”按鈕，就會顯示GUI設(shè)計窗口如圖41所示。圖41 GUI設(shè)計模塊左邊有很多可以選擇的控件菜單項，通過選擇相應(yīng)的控件實現(xiàn)相應(yīng)的功能。首先設(shè)計界面的組成部分和布局，本界面的設(shè)計主要由：標(biāo)題、運行按鈕、編輯框及其對應(yīng)變量的名稱，圖形輸出窗口。經(jīng)過MATLAB圖形用戶界面GUI設(shè)計的相關(guān)學(xué)習(xí)，對所完成的界面的組成部分及其對應(yīng)的控件的選擇和編輯實現(xiàn)方法為，標(biāo)題和變量的名稱用靜態(tài)變量控件函數(shù)Static Text實現(xiàn)；數(shù)據(jù)輸出框由編輯框控件Edit Text實現(xiàn)；而運行按鈕由Push Button控件函數(shù)實現(xiàn)；多個數(shù)據(jù)的選擇用下拉菜單Popup menu實現(xiàn)，圖形輸出窗口由軸控件函數(shù)Axes實現(xiàn)[19]。 界面總體布局從功能實現(xiàn)的角度出發(fā)來構(gòu)思草圖，初步設(shè)計三個界面，一個主界面，兩個子界面。這個主界面的設(shè)計要實現(xiàn)的功能為：首先制作一個比較簡潔而又整潔的界面，而且界面的布局合理而又比較直觀。其次，能通過這個主界面進(jìn)入指令編碼界面和信息回放界面。主界面上用Static text 編輯上課題名稱和制作者姓名。同時設(shè)置一個可以關(guān)閉全部界面的按鈕。指令編碼界面要實現(xiàn)的功能為：我們要能通過在下拉菜單中選擇不同的選項，點擊后對應(yīng)的右面的圖形輸出窗口要輸出對應(yīng)參數(shù)的曲線，并且能夠在Edit text 中顯示數(shù)據(jù)的類型。最后能把現(xiàn)實的編碼傳送給其他設(shè)備。信息回放界面要實現(xiàn)的功能為：利用MATLAB調(diào)用excel中的數(shù)據(jù)顯示在界面上，同時又能顯示每組數(shù)據(jù)的曲線，便于觀察和分析。然后布局各控件的位置，調(diào)整位置和大小，使得布局合理而又簡潔和直觀，再按表修改各個變量的參數(shù)和屬性值，則得到整體布局和初始設(shè)計[20]。 主界面的設(shè)計這部分構(gòu)成一個簡單的進(jìn)入畫面，顯示課題名稱及一些設(shè)計者信息。設(shè)定兩個區(qū)，說明顯示區(qū)：包含1個靜態(tài)文本框(static Text )，分別用于顯示“導(dǎo)向鉆井地面指令下傳及信息回放系統(tǒng)界面設(shè)計”?？刂茀^(qū)：位于界面的下方，由2個按鈕(Push Button )，用于實現(xiàn)控制操作。圖42 主界面設(shè)計畫面編輯好界面后需要對界面的控件進(jìn)行定義，對于主界面雙擊static text控件，出現(xiàn)其屬性框如圖43所示。圖43 屬性調(diào)節(jié)框更改它的String選項，并設(shè)定字體型號跟顏色，在其中輸入“導(dǎo)向鉆井地面指令下傳及信息回放界面設(shè)計”。下面是所設(shè)計的主界面的M文件：function varargout = shouye(varargin)gui_Singleton = 1。gui_State = struct(39。gui_Name39。， mfilename， ... 39。gui_Singleton39。， gui_Singleton， ... 39。gui_OpeningF39。， @shouye_OpeningF， ... 39。gui_OutputF39。， @shouye_OutputF， ... 39。gui_LayoutF39。， [] ， ... 39。gui_Callback39。， [])。if nargin amp。amp。 ischar(varargin{1}) = str2func(varargin{1})。endif nargout [varargout{1：nargout}] = gui_mainf(gui_State， varargin{：})。else gui_mainf(gui_State， varargin{：})。endfunction shouye_OpeningF(hObject， eventdata， handles， varargin) = hObject。guidata(hObject， handles)。function varargout = shouye_OutputF(hObject， eventdata， handles) varargout{1} = 。主界面上設(shè)定了三個按鈕，分別是實現(xiàn)打開下個界面跟