恒功率雙側(cè)向測井儀功率控制算法研究

陳召軍 游 暢 曾曉豐 田小強(qiáng)

(川慶鉆探工程公司測井公司 重慶)

恒功率雙側(cè)向測井儀功率控制算法研究

陳召軍 游 暢 曾曉豐 田小強(qiáng)

(川慶鉆探工程公司測井公司 重慶)

文章針對目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的恒功率雙側(cè)向測井儀在功率控制方面的缺陷,提出了采用仿人智能功率控制的方法,并總結(jié)出了一整套功率控制規(guī)則庫。該控制方法使得儀器具有較好的穩(wěn)定性,快速性和魯棒性。

側(cè)向測井儀;恒功率;仿人智能控制

0 引 言

雙側(cè)向測井是目前國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的一種測井方法。它檢測的地層電阻率是重要的物理參數(shù)之一,這個參數(shù)在尋找和確定油氣方面起著重要作用[1]。目前在川渝地區(qū)應(yīng)用比較普遍的是恒功率雙側(cè)向測井儀,但其功率控制的算法比較粗糙,自適應(yīng)能力弱,功率調(diào)節(jié)速度慢,調(diào)制精確度低,并且其指數(shù)調(diào)節(jié)由模擬電路來實現(xiàn),溫度性能較差,抗干擾能力弱,維修困難。因此,我們發(fā)展了由更為智能的控制算法來實現(xiàn)對主電流功率的恒定控制。

1 恒功率測井原理

恒功率雙側(cè)向測井是指在測井過程中保持主電流的功率恒定,以獲得較大的測量動態(tài)范圍和較高的測量精度。在儀器設(shè)計過程中,為了給地層提供更大的測量信號,減小測量誤差,設(shè)定電阻率在大于40 kΩ·m或小于0.2Ω·m時主電流的功率為0.55μW,在中間值68Ω·m時功率最大值為363μW。主電流功率隨地層電阻率變化曲線如圖1所示。坐標(biāo)系采用的是雙對數(shù)坐標(biāo)系,從圖可以看出lgR和lgP是分段函數(shù)。即:

lgR=1.11 lgR+0.519 R<68Ω·m

lgP=-1.018 lgR+4.425 4,R≥68Ω·m

在測井過程中,地層電阻率和主電流功率必須滿足上述分段函數(shù)的關(guān)系[2]。

2 仿人智能控制算法的實現(xiàn)

圖1 功率控制曲線

為了使主電流功率和地層電阻率滿足對數(shù)函數(shù)規(guī)律,我們選擇基于規(guī)則的仿人智能控制算法來對主電流功率進(jìn)行控制。仿人智能控制的基本思想是在控制過程中利用計算機(jī)模擬人的控制行為功能,最大限度地識別和利用控制系統(tǒng)動態(tài)過程所提供的特征信息,進(jìn)行啟發(fā)和直覺推理,從而實現(xiàn)對被控對象的有效控制[3]。由于深淺側(cè)向功率控制原理和方法相同,本文僅以淺側(cè)向為例來對電流功率控制思想進(jìn)行說明。功率控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 功率控制結(jié)構(gòu)圖

單片機(jī)采集地層淺側(cè)向電流 IOS信號和電壓信號UOS,采集的信號經(jīng)過放大、相敏檢波后由公式ρ=K計算出地層電阻率。單片機(jī)再根據(jù)功率和電阻率

必須滿足的雙對數(shù)坐標(biāo)曲線,計算出對應(yīng)于當(dāng)前電阻率的功率目標(biāo)值 Pset,同時由公式 P=IOSUOS得出當(dāng)前主電流功率的實際值 P,兩者同時送入智能控制器,控制器根據(jù)這兩個值形成推理條件,依據(jù)推理條件,推理機(jī)在規(guī)則庫中搜索對應(yīng)的控制決策并輸出?？刂破鞯妮敵鯱out和280 Hz固定正弦信號相乘,得到淺側(cè)向總輸出信號Uoc(280 Hz固定正弦信號起載波作用,以便和35 Hz的深側(cè)向相區(qū)別)?？傂盘柦?jīng)過功率放大和變壓器后到電極上,產(chǎn)生淺側(cè)向總電流。由于主電流和總電流成一定比例關(guān)系,這樣調(diào)整總電流時也成比例地調(diào)整主電流的大小,從而調(diào)整淺側(cè)向主電流功率,最終使主電流功率滿足雙對數(shù)曲線的要求。

規(guī)則庫是整個控制器的核心,它是以人的知識和經(jīng)驗為基礎(chǔ),根據(jù)實際誤差變化規(guī)律及被控對象的特性,選擇不同的輸出控制策略。輸出策略是由被控對象表現(xiàn)出的一些特征信息來確定的。我們所使用的特征信息是誤差信息空間的一些信息。它們是:

①e,主電流功率和功率目標(biāo)值之間的誤差;

②Δe,誤差的變化率,它反映了功率誤差的變化趨勢。

根據(jù)這些信息,利用人的啟發(fā)式思維和直覺推理邏輯,決定應(yīng)該采取的控制策略。通過分析如圖3中功率誤差曲線,引出并制作控制規(guī)則庫。其中,Pset為功率目標(biāo)值,E為功率允許誤差,M為給定的常數(shù)。

圖3 誤差曲線圖

根據(jù)曲線在不同點的特征信息,特征變量e、Δe和e×Δe的取值符號也不相同。根據(jù)實際經(jīng)驗,當(dāng)系統(tǒng)處于上述不同點狀態(tài)時,我們采取不同的控制策略,總結(jié)成規(guī)則如下:

(1)if|e(k)|≥M,e(k)>0,則 Iout(k)=Iout(k -1)+0.6e;對應(yīng)A點,此時誤差極大,采取正向最強(qiáng)控制。

(2)if|e(k)|≥M,e(k)<0,則 Iout(k)= Iout(k -1)-0.6e;對應(yīng)E點,此時誤差極大,采取反向最強(qiáng)控制。

(3)if|e(k)|0,Δe(k)<0,則 Iout(k)= Iout(k-1);對應(yīng)B點,在允許誤差范圍內(nèi),不作調(diào)整。

(4)if|e(k)|0,Δe(k)>0,則 Iout(k)= Iout(k-1)+0.2e;對應(yīng)H點,在允許誤差范圍內(nèi),為防止出現(xiàn)反向超調(diào),采取輕微同向控制。

(5)if|e(k)|0,則 Iout(k)= Iout(k-1)-0.2e;對應(yīng)C點,在允許誤差范圍內(nèi),為防止出現(xiàn)超調(diào),采取輕微反向控制。

(6)if|e(k)|

(7)if|E≤|e(k)|≤M,e(k)>0,Δe(k)<0,則Iout(k)= Iout(k-1)+0.4e;對應(yīng)J點,誤差已超出允許范圍,但趨勢在縮小,采取較強(qiáng)的同向控制。

(8)ifE≤|e(k)|≤M,e(k)>0,Δe(k)>0,則Iout(k)= Iout(k-1)+0.5e;對應(yīng)I點,誤差已超出允許范圍,且還有擴(kuò)大趨勢,采取更強(qiáng)的同向控制。

(9)ifE≤|e(k)|≤M,e(k)<0,Δe(k)>0,則Iout(k)= Iout(k-1)-0.5e;對應(yīng)D點,誤差已超出允許范圍,且還有擴(kuò)大趨勢,采取更強(qiáng)的反向控制。

(10)ifE≤|e(k)|≤M,e(k)<0,Δe(k)<0,則Iout(k)= Iout(k-1)-0.4e;對應(yīng)F點,誤差已超出允許范圍,但趨勢在縮小,采取較強(qiáng)的反向控制。

從上述控制規(guī)則中可知,該控制器不僅考慮了誤差的大小,同時也考慮了誤差的變化趨勢,根據(jù)不同的條件采取不同的措施,使得這種仿人智能控制器具有較高的控制精度和較強(qiáng)的魯棒性。

3 結(jié)束語

針對目前恒功率側(cè)向電流控制速度慢,控制精度低,自適應(yīng)能力弱等缺陷,發(fā)展了仿人智能控制算法,該控制算法簡單、需要整定的參數(shù)少,在測井過程中,儀器系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,深淺側(cè)向功率調(diào)整的速度快,適應(yīng)能力強(qiáng),體現(xiàn)了仿人智能控制在處理類似問題時的優(yōu)越性。

[1] 尉中良.地球物理測井[M].北京:地質(zhì)出版社,2005

[2] 龐巨豐.測井原理及儀器[M].北京:科學(xué)出版社,2008

[3] 李士勇.模糊控制·神經(jīng)控制和智能控制[M].哈爾濱.哈爾濱工業(yè)出版社,1998

Chen Zhaojun,You Chang,Zeng Xiaofeng and Tian Xiaoqiang.Study on power control algorithm of constant power DLL.PI,2010,24(4):21～22

In view of the defects of power control of the dual lateral instrument that is widely used nowadays in China,this paper offers a method of adopting simulated intelligent control to control the main current,and summarizes a power control rule base.This control method makes the DLL instrument has better performance with rapidity,stability and robustness.

dual lateral log;constant power;simulated intelligent control

P631.8+9

B

1004-9134(2010)04-0021-02

陳召軍,男,1981年生,助理工程師,碩士學(xué)位,2008年畢業(yè)于長江大學(xué)信號檢測與控制專業(yè),現(xiàn)在川慶鉆探工程公司測井公司從事儀器維修工作。郵編:400021

2009-10-23 編輯:劉雅銘)

·儀器設(shè)備·