基于AMESim的垂钻自校正控向系统的建模与仿真

　　0 前言

　　AMESim作为非常优秀的仿真软件，为机械、流体、电磁、控制等工程系统提供了一个较为完善的综合仿真环境,该软件通过图形界面获得一个直观的图形化仿 真环境，能够对多个参数进行研究，得到稳定性和精度很高的仿真结果。垂钻系统的自校正控向技术是对钻具在钻进过程中实时进行钻孔测偏，控制系统会自动予以 纠偏，保证实际工况符合钻井工艺要求。

　　1 　　自校正控向的工作原理

　　钻具自校正控向示意图如图1所示，由3匀分布在一个圆周上的液压缸A、B、C连接在不转动体上，支撑在孔壁上，其3个活塞杆能自由伸缩。当钻具垂直钻进 时，3个活塞杆输出力均为零；当钻具发生偏斜时，依据已测得的偏移数据，通过相应2个液压缸A与B（或者B与C，或者A与C）速度同步或保持固定的速比运 动来实时偏，直到测得钻具偏移量为零。采用变比例式同步液压阀来控制液压缸的流量即可实现上述动作，完成各种情况的纠偏。同步液压阀实际上是流量控制阀， 它能使2个执行元件在一定负载压力下实现速度同步或保持固定的速比。

　　自校正控向液压系统原理如图2所示，该系统由位移传感器、液压缸、伺服放大器、电液伺服阀、电磁换向阀等组成。这里应用MESim软件针对任意2个液压缸 速度同步情况予以分析进行参数设置，采用1：1的分流集流阀，其他情况前面已经提到了，只要采用相应的调节比例，就能实现纠偏，这里不再赘述。以AB同步 运动为例，位移传感器1将液压缸的位置信号与指定信号做比较，其偏差经过伺服放大器6功率放大后作为电液伺服阀的输入信号来控制阀口的开度，从而控制液压 缸活塞杆的位移，逐步实现纠偏。

　　此分析方法为多液压缸同异步问题的研究又开辟了一条新途径，具有一定的现实意义.

　　2 仿真模型的建立与运行分析

　　（1）模型建立

　　进入AMESim环境，由系统提供的液压库、机械库和信号库建立如图3所示的自校正控向液压系统仿真模型，采用分流集流阀的同步系统。此系统可以分别实现 液压缸A与B，A与C，以及B与C的同步运动。各液压缸的外负载由线性信号源6、7、8和一个相应的力转换单元F组成，期望的液压缸活塞杆位移分别用分段 线性信号1、2来模拟给出，10为信号放大器，11为伺服放大器。 3、4、5电磁换向阀相当一个开关量，起通断油路作用。此系统严格保证了任意两液压缸同步(后面的仿真曲线给予充分证明)，故仅需在其中一个同步液压缸上 安装位移传感器即可。

　　（2）参数设置