[发明专利]一种基于分段模糊控制的定向钻孔轨迹控制方法及控制系统

权利要求书

1.一种基于分段模糊控制的定向钻孔轨迹控制方法，其特征在于，包括：

(1)选定钻孔轨迹模型：

所述的钻孔轨迹模型计算公式如下：

式中ΔL_i——钻孔轴线测点L_i-1与L_i两点间钻孔轴线的长度，m；

θ_i——钻孔轴线L_i测点的钻孔倾角，°；

α_i——钻孔轴线L_i测点的钻孔方位角，°；

α_α——钻孔主设计方位角，°；

x——钻孔的X向位移，m；

y——钻孔的Y向位移，m；

z——钻孔的Z向位移，m；

(2)制定控制方法：

K_α＝Ksinω；K_θ＝Kcosω；

其中，K为造斜强度，°/m，ω为螺杆马达工具面向角，°；K_α表示螺杆马达工具面向角ω使造斜强度K在单位长度水平方向产生的钻孔方位角分量，K_θ表示螺杆马达工具面向角ω使造斜强度K在单位长度垂直方向产生的钻孔倾角分量；

实钻轨迹与设计轨迹的Y向位移偏差Δy，实钻轨迹与设计轨迹的Z向位移偏差Δz；

Δy≥0和Δz≥0，螺杆马达工具面向角ω于0～90°取值；

Δy≥0和Δz0，螺杆马达工具面向角ω于90～180°取值；

Δy0和Δz0，螺杆马达工具面向角ω于180～270°取值；

Δy0和Δz≥0，螺杆马达工具面向角ω于270～360°取值。

2.根据权利要求1所述的基于分段模糊控制的定向钻孔轨迹控制方法，其特征在于，还对所述的实钻轨迹与设计轨迹的Y向位移偏差Δy和实钻轨迹与设计轨迹的Z向位移偏差Δz进行归一化，进而通过模糊规则决定工具面向角ω的输出；

螺杆马达工具面向角ω＝0°或360°时，Z向位移偏差Δz的改变量正最大为Δz_max；螺杆马达工具面向角ω＝180°时，Z向位移偏差Δz的改变量负最大，记为Δz_min；Z向位移偏差Δz的归一化公式为：

将Z向位移偏差Δz的改变量由实际值映射到[0，1]区间，表示Z向位移偏差Δz的改变程度；

螺杆马达工具面向角ω＝90°时，Y向位移偏差Δy的改变量正最大为Δy_max；螺杆马达工具面向角ω＝270°时，Y向位移偏差Δy的改变量负最大为Δy_min；Y向位移偏差Δy的归一化公式为：

将Y向位移偏差Δy的改变量由实际值映射到[0，1]区间，表示Y向位移偏差Δy的改变程度。

3.根据权利要求2所述的基于分段模糊控制的定向钻孔轨迹控制方法，其特征在于，对归一化后的数值进行模糊规则制定：

模糊控制的输入为|Δy|-|Δz|，其中输入为0表示对Y向位移偏差Δy和Z向位移偏差Δz的改变量相同；输入大于0表示对Y向位移偏差Δy的改变量大于对Z向位移偏差Δz的改变量，且数值越大，表示对平偏差Δy的改变量越大，对Z向位移偏差Δz的改变量越小；输入小于0表示对Y向位移偏差Δy的改变量小于对Z向位移偏差Δz的改变量，且数值越大，表示对Y向位移偏差Δy的改变量越小，对Z向位移偏差Δz的改变量越大。