【正文】 中，主要采用的是查表法。（5）反模糊化設(shè)計(jì)是最簡(jiǎn)單的問(wèn)題，對(duì)于要求不高的系統(tǒng)，可采用最大隸屬度法求取控制值，對(duì)于要求較高的系統(tǒng)，則可采用重心法來(lái)求取控制量。在實(shí)際中，采用重心法的較多，主要是它全面反映輸出的模糊推理結(jié)果。在進(jìn)行模糊推理后，如果得到的模糊控制量是△u，并且有： （47）則反模糊化后的精確量為： （48）（6）模糊控制器參數(shù)的設(shè)計(jì)主要包括確定輸入及輸出變量的論域，合理地解決模糊控制器的量化因子和比例因子。在模糊系統(tǒng)中，實(shí)際變量的界限被稱為該變量的基本論域，它是實(shí)際系統(tǒng)的變化范圍。對(duì)于二維模糊控制器，假設(shè)誤差的基本論域?yàn)閇e,e]，誤差變化的基本論域?yàn)閇ec,ec]。e、ec和根據(jù)控制對(duì)象的具體情況來(lái)決定。類似地，誤差的模糊論域?yàn)閇E, E]，誤差變化的模糊論域?yàn)閇 EC , EC]，控制量增量的模糊論域?yàn)椤Ｒ话銇?lái)說(shuō)，論域的量化等級(jí)越細(xì)，控制精度越高。但是過(guò)細(xì)的量化等級(jí)將使算法復(fù)雜化，而且沒(méi)有必要。在確定了變量的基本論域和模糊論域后，量化和比例因子也就確定了。用和表示誤差和誤差變化的量化因子，表示控制量的比例因子，則有： （49）那么把變量的連續(xù)量變換為其模糊論域的量，只乘上述因子即可。以上所說(shuō)的是針對(duì)論域?yàn)閷?duì)稱區(qū)間的情況，如果論域不是對(duì)稱的，那么把[]區(qū)間的精確量a轉(zhuǎn)換為[]區(qū)間上的模糊量b的計(jì)算公式為： （410）量化因子和比例因子對(duì)模糊控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能有很大的影響。歸納如下：（1）Ke越大，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)惰性越小，系統(tǒng)的上升速率越大。但Ke過(guò)大，則系統(tǒng)的上升速率過(guò)大，將產(chǎn)生較大的超調(diào)，使調(diào)節(jié)時(shí)間增長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生振蕩，甚至使系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作。（2）過(guò)小，系統(tǒng)的上升速率較小，導(dǎo)致快速性變差，同時(shí)，它也會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)精度降低。（3）Kec過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)輸出的上升速率減小，系統(tǒng)的過(guò)度過(guò)程時(shí)間變長(zhǎng)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)輸出發(fā)散。（4）Kec過(guò)小時(shí)，系統(tǒng)輸出的上升速率將增加，會(huì)學(xué)致系統(tǒng)輸出產(chǎn)生過(guò)大的超調(diào)和振蕩，并巨反向超調(diào)也增大。（5）Ku取得過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)輸出的上升速率過(guò)大，從而使系統(tǒng)輸出產(chǎn)生波動(dòng)，將導(dǎo)致等幅振蕩或發(fā)散。（6）Ku過(guò)小，則系統(tǒng)的前向增益很小，因此系統(tǒng)輸出的上升速率較小，快速性變差，如果過(guò)小還將使穩(wěn)態(tài)誤差增加。上述對(duì)量化因子和比例因子作用的分析為我們進(jìn)行各因子的模糊整定提供了依據(jù)和方法。 鉆壓控制的模糊控制器設(shè)計(jì)1. 誤差、誤差變化率ec以及控制量增量基本論域的確定在本控制系統(tǒng)中，被控制量是井底鉆壓值，模糊控制器采用二維模糊控制器，其輸入量為鉆壓的誤差e和誤差的變化率ec，輸出量是鉆具的下放速度V。根據(jù)鉆井工藝要求，井底鉆壓值應(yīng)該在鉆進(jìn)過(guò)程中保持不變，鉆壓W的誤差允許范圍是[,]噸，上述范圍也就是誤差e的基本論域，而目最好不要有負(fù)偏差，若有則時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)橛胸?fù)偏差說(shuō)明實(shí)際鉆壓偏大，這樣會(huì)縮短鉆頭使用壽命。所以實(shí)際編制控制作用表時(shí)要考慮這一點(diǎn)，使控制量在鉆壓偏差為負(fù)的情況下輸出較大，也就是增大控制量的作用，使鉆壓以最快的速度恢復(fù)到給定值。而實(shí)際鉆井中鉆壓誤差e的變化較快，因?yàn)殂@井過(guò)程中各種干擾較多(如地層變化、各種摩擦因素等)，都會(huì)使鉆壓偏離給定值，所以根據(jù)鉆井實(shí)踐可確定誤差變化率ec的基本論域?yàn)閇2, +2] 。由于鉆具速度控制是通過(guò)液壓盤式剎車來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以在自動(dòng)送鉆過(guò)程中只能實(shí)現(xiàn)鉆具向下的加減速，而不能實(shí)現(xiàn)速度的反向控制(提升)。也就是說(shuō)在自動(dòng)送鉆時(shí)，鉆具的速度始終是向下的，如果鉆壓產(chǎn)生負(fù)偏差(鉆壓過(guò)大)，只能靠減小下放速度或停止并等待使鉆壓趨于給定值。于是控制作用u(速度)的論域就是非對(duì)稱的，根據(jù)司鉆經(jīng)驗(yàn)，可確定鉆具速度的實(shí)際變化范圍為[0,36]。為了便于計(jì)算，我們可以對(duì)控制作用進(jìn)行變換，使其論域變成對(duì)稱的。方法是：控制量u采用增量式，也就是每次控制量的輸出是對(duì)實(shí)際量的增量，這樣就可以把控制增量的論域變?yōu)閷?duì)稱狀態(tài)，取為[5, +5]。每次速度的實(shí)際輸出值應(yīng)該是上一次的實(shí)際速度值加上本次計(jì)算出的控制增量。把誤差e的模糊論域量化為13檔{6，5，4，3，2，1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6}；同樣誤差變化率ec的模糊論域也取為{6，5，4，3，2，1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+3，+6}；而控制作用的模糊論域量化為15檔，即：{7，6，5，4，3，2，1，0，+1，+2，+3，++4，+5，+6，+7}，這樣可以提高控制精度。于是量化因子和比例因子也就確定下來(lái)： （411）2. 語(yǔ)言變量的選取和隸屬函數(shù)的確定鉆壓誤差e、誤差變化率ec和控制量增量都取為7個(gè)語(yǔ)言值，分別為NB(負(fù)大)、NM(負(fù)中)、NS(負(fù)小)、ZE(零)、PS(正小)、PM(正中)和PB(正大)。根據(jù)鉆井經(jīng)驗(yàn)，可列寫(xiě)其語(yǔ)言值隸屬函數(shù)表分別為表4表42和43所示。表41 誤差E的隸屬函數(shù)表6543210123456NB0000000000NM00000000NS00000000ZE000000000PS00000000PM00000000PB0000000000表42 誤差變化率EC的隸屬函數(shù)表6543210123456NB0000000000NM00000000NS000000000ZE00000000PS000000000PM00000000PB000000000表43 輸出量的隸屬函數(shù)表765432101234567NB00000000000NM0000000000NS00000000000ZE000000000000PS00000000000PM0000000000PB00000000000根據(jù)鉆井實(shí)踐和司鉆工人鉆井經(jīng)驗(yàn)，我們可以制定如表44所示的控制規(guī)則表。表44 控制規(guī)則表 ECENBNMNSZEPSPMPBNBNBNBNBNBZEZEZENMNBNBNMNMPSPSPSNSNBNBNMNSPSPMPMZENBNMNSZEPSPMPBPSNMNMNSPSPMPBPBPMNSNSNSPMPMPBPBPBZEZEZEPBPBPBPB3. 計(jì)算控制作用查詢表因?yàn)槟：龡l件語(yǔ)句為“i f A and B then C”的形式，所以其三元模糊關(guān)系R為： （412）其中，為由模糊關(guān)系矩陣構(gòu)成的維列向量，n和m分別為模糊集合A與B的論域元素?cái)?shù)。在本系統(tǒng)中，m=n=7，所以總共應(yīng)有7 7=49條規(guī)則，而每條模糊控制規(guī)則，就確定一個(gè)模糊關(guān)系R。根據(jù)上述表格，進(jìn)行模糊推理，最后可以得到表45所示的控制作用總表。表45 控制作用總表ECE654321012345667767666422000566666644220004656533211100035555221000111265653310013331656533101233306565310135656133322013356562333200133565631110114445555400001133456565000224466666760002446667677實(shí)際應(yīng)用模糊控制時(shí)，然后將其存入計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器，編制模糊控制算法程序時(shí)采用表格查詢方式，這樣可以簡(jiǎn)化在線計(jì)算算法，減輕處理器的負(fù)擔(dān)，而且速度較快。4. 確定采樣周期由于模糊控制也是計(jì)算機(jī)控制的一種類型，所以采樣周期的選擇是必不可少的環(huán)節(jié)，而且采樣周期的大小也影響著系統(tǒng)的控制效果與精度。香農(nóng)（Shannon）采樣定理給出了選擇采樣周期的依據(jù)，即： ，式中為采樣信號(hào)的上限角頻率。采樣周期的選擇可參考以下幾個(gè)因素：①?gòu)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)看，有時(shí)要求輸出信號(hào)保持一定的時(shí)間，因?yàn)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)本身有個(gè)響應(yīng)過(guò)程，從這一點(diǎn)看，采樣周期必須大于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間；②從控制系統(tǒng)隨動(dòng)以及抗干擾的性能要求方面看，希望采樣周期短些為好；③從計(jì)算機(jī)控制算法所需要的時(shí)間來(lái)看，在一個(gè)采樣周期內(nèi)，必須完成一個(gè)控制步的計(jì)算量，因此采樣周期不能太少；鉆壓值W不是那種慣性大、變化慢的量，影響其變化的因素較多，且都能引起鉆壓的快速反應(yīng)，所以采樣周期不宜過(guò)長(zhǎng)；又處理器采用先進(jìn)的PLC，處理速度很快，且可達(dá)到32位精度；液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反應(yīng)速度較短（），輸出延遲?。辉诰C合考慮以上因素以后，我們可確定采樣周期位3秒。 游車控制原理在鉆井和修井作業(yè)過(guò)程中，無(wú)論是鉆進(jìn)或起下鉆，游車大鉤是必不可少的。游車或游車大鉤的結(jié)構(gòu)、形狀、承載能力等，常因生產(chǎn)廠家和使用條件不同而異，但是通常的游車大鉤，基本具有以下特點(diǎn)：(1)游車滑輪采用鍛造“焊接”精加工，熱處理制成，質(zhì)量可靠，需要達(dá)到經(jīng)久耐用。(2)游車與大鉤合為一體，鉤桿與游車間用一副帶外錐的接箍聯(lián)接，大鉤各承載處均無(wú)螺紋聯(lián)接。這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)合理，加工制造簡(jiǎn)單，質(zhì)量可靠，保養(yǎng)維修時(shí)拆裝方便。(3)當(dāng)游車大鉤負(fù)荷不大時(shí)，僅彈簧受力而軸承不受力；當(dāng)負(fù)荷逐漸增大時(shí)，彈簧逐漸變形，產(chǎn)生逐漸增大的反抗力與負(fù)荷平衡，軸承仍不受力。只有當(dāng)負(fù)荷增大到某一定值后彈簧壓縮到最短，產(chǎn)生的反抗力增至最大，這時(shí)鉤桿的凸臺(tái)就座落在軸承上，軸承處于剛要受力而未受力狀態(tài)，當(dāng)負(fù)荷再繼續(xù)增大，這時(shí)增大的部分負(fù)荷就由軸承承受。這樣的受力極為合理，對(duì)保護(hù)軸承不被損壞極為有利。(4)游車大鉤的彈簧室內(nèi)可加入緩沖油。彈簧室與鉤桿凸臺(tái)下面的環(huán)形油室之間有一個(gè)小通道，環(huán)形油室內(nèi)始終充滿緩沖油。當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，彈簧壓縮，鉤桿凸臺(tái)下行，作用在環(huán)形油室的油面上。因緩沖油不可壓縮，迫使油從小通道進(jìn)入彈簧室內(nèi)，緩沖油流經(jīng)小通道需有一定的時(shí)間過(guò)程，所以可起到緩沖作用。當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)，鉤桿凸臺(tái)上行，鉤桿凸臺(tái)下面的環(huán)形油室產(chǎn)生真空抽吸，使緩沖油從彈簧室流經(jīng)小通道回到鉤桿凸臺(tái)下面的環(huán)形油室內(nèi)，油流經(jīng)小通道同樣需要有一時(shí)間過(guò)程，使彈簧回位伸長(zhǎng)速度減慢，緩沖油又起到了緩沖作用。這樣的大鉤受負(fù)荷作用時(shí)，除彈簧可起到減震緩沖作用外，緩沖油也可起到減震緩沖作用。這對(duì)于平穩(wěn)起吊鉆具是極為有利的。通常鉆機(jī)所采用的重錘式防碰天車裝置是靠游車碰撞井架上的游車限位鋼絲繩發(fā)出絞車制動(dòng)信號(hào)的，存在制動(dòng)反應(yīng)慢、誤差大和不能發(fā)出越限預(yù)警/報(bào)警等缺點(diǎn)。更為嚴(yán)重的是，當(dāng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)閥銹死或粘滯不靈敏時(shí)，游車一旦越限，就會(huì)發(fā)生碰撞天車的重大惡性事故。其次是，游車大鉤在上下運(yùn)行過(guò)程中全憑司鉆目測(cè)判斷游車大鉤是否到達(dá)預(yù)定位置，這既不易把握，又極易疲勞，是造成事故的隱患?？ㄣ@等事故引起的大鉤過(guò)載對(duì)鉆機(jī)起升系統(tǒng)和井架的安全也十分不利，現(xiàn)有鉆機(jī)所配的指重系統(tǒng)對(duì)此還不能作出保護(hù)性反應(yīng)。一種方法是采用傳感器進(jìn)行距離測(cè)量，為了防止游車大鉤與井架天車發(fā)生碰撞，當(dāng)游車大鉤接近井架天車時(shí)，傳感器接收到位置信號(hào)，經(jīng)過(guò)變換由輸出控制實(shí)