[发明专利]微小型高集成剪切式泥浆脉冲器控制系统

说明书

本发明公开了一种微小型高集成剪切式泥浆脉冲器控制系统，主要包括接口电路、DSP系统、功率模块和泥浆脉冲器；DSP系统经接口电路获取探管发送的开关指令信号，根据泥浆脉冲器的电机霍尔信号获得到角位置和角速度，进行闭环运算并输出控制信号至功率模块，以驱动泥浆脉冲器的电机正反向转动，实现泥浆脉冲器转阀的打开和关闭。本发明的剪切式泥浆脉冲器控制系统具有集成化数字控制器的优点，在硬件结构方面节省了电压传感器、电流传感器，简化了硬件设计，而且在控制方式上更为可靠，采用三段式控制方法，兼顾了转阀转动过程的起步、快速转动和到位维持三个阶段的特点，提高了控制精度及可靠性。

技术领域

本发明属于油气钻井领域，具体地涉及一种微小型高集成剪切式泥浆脉冲器控制系统，即一种一体化集成剪切式泥浆脉冲器控制系统。

背景技术

随着现在钻井技术的发展，促成了随钻测量技术的迅速发展。如何将井下测量到的数据及时、有效的传到地面，是随钻测量技术的关键技术之一。泥浆脉冲器直接利用泥浆作为载体，井下仪器通过脉冲发生器改变钻柱里的泥浆压力，形成压力波，将测量数据以脉冲的形式传递到地面。在当前的测井条件下，所需测量的参数逐步加大，传统的堵塞式泥浆脉冲器的传输速率难以满足要求。剪切式泥浆脉冲器利用电机带动转阀剪切泥浆流通面积，传输速率较高，是未来发展的主要趋势。

目前深井越来越多，而随井深的增加，井的面积不断减小，要求剪切式泥浆脉冲器实现小半径、高集成。但是目前剪切式泥浆脉冲器的控制系统比较复杂，各个模块大都采用多个分离芯片搭建，需要两块甚至更多电路板，另一方面为实现剪切式泥浆脉冲器控制系统的高可靠性，又需要增加很多传感器，例如电压传感器、电流传感器等，进一步增大了电路板的半径，限制了剪切式泥浆脉冲器在深井中的应用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有剪切式泥浆脉冲器控制系统存在的体积大、电路复杂与功耗大等不足，提供一种微小型高集成剪切式泥浆脉冲器控制系统，其包括:接口电路、DSP单元、功率模块和泥浆脉冲器；所述DSP单元包括控制模块、CAP模块、定时器模块；所述泥浆脉冲器包括霍尔电机和转阀；探管通过所述接口电路向所述控制模块发送控制转阀的开关指令，所述DSP单元的CAP模块根据所述霍尔电机反馈的霍尔信号和所述定时器模块的时间值，获得到角位置和角速度，所述控制模块根据接口电路发送的开关指令和CAP模块获得到的角位置和角速度而获得PWM信号，所述控制模块输出PWM信号至所述功率模块，所述功率模块对PWM信号进行放大驱动霍尔电机转动，所述霍尔电机带动所述转阀一起转动，完成所述转阀的打开和关闭，同时所述霍尔电机反馈霍尔信号到所述DSP单元的CAP模块。优选的，所述DSP单元使用DSP芯片实现，所述接口电路使用CAN芯片实现。

优选的，所述DSP单元使用DSP芯片实现，所述接口电路使用CAN芯片实现。

优选的，所述控制模块包括角位置环控制器和角速度环控制器，所述CAP模块将获得到的角位置发送至所述角位置环控制器，将获得到的角速度发送至所述角速度环控制器。

优选的，所述CAP模块根据霍尔电机反馈的霍尔信号和定时器模块的时间值，获得到角位置和角速度的具体步骤如下：

S1，DSP芯片的CAP引脚捕获霍尔电机的霍尔信号上升沿或者下降沿后，触发CAP模块中断；

S2，CAP模块实时读取霍尔电机的霍尔状态，并将第N次捕获的霍尔状态与第N-1次捕获的霍尔状态对比，判断电机处于正转或反转状态，根据电机状态确定角位置的增量的正负；

S3，确定电机角度，使用电机机械角度除以电机的极对数，得到角位置；

S4，CAP模块读取定时器模块的时间值，用角位置除以时间值得到角速度；

S5，CAP模块将获得的角位置和角速度发送至所述控制模块。