孫國(guó)楠

（大慶油田裝備制造集團(tuán)采油裝備制造分公司，黑龍江 大慶 163000）

自抗擾控制技術(shù)基于PID 控制技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行理論創(chuàng)新，在實(shí)踐過(guò)程中的應(yīng)用效果較好，此類技術(shù)在智能抽油機(jī)中的有效應(yīng)用可以進(jìn)一步提升抽油效果，并保證整個(gè)過(guò)程的運(yùn)行安全。在現(xiàn)代化理論與技術(shù)的完善下，自抗擾控制技術(shù)的應(yīng)用方案會(huì)更加細(xì)化，也能夠針對(duì)智能抽油機(jī)的運(yùn)行要求來(lái)進(jìn)行功能改善，在仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析歸納中可以探究自抗擾控制技術(shù)的運(yùn)行規(guī)律及原理，并將其與抽油機(jī)運(yùn)行原理相結(jié)合，在技術(shù)支持下保證智能抽油機(jī)的整體運(yùn)行效率與安全。

1 自抗擾控制技術(shù)在智能抽油機(jī)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

抽油機(jī)的類型多樣，在現(xiàn)代化理論與技術(shù)逐步完善的過(guò)程中，抽油機(jī)的技術(shù)架構(gòu)與理論方法也逐步完善，智能抽油機(jī)依照程序設(shè)定進(jìn)行抽油操作，但客觀來(lái)說(shuō)，受到的限制因素各有不同。地質(zhì)環(huán)境、抽油技術(shù)、機(jī)械設(shè)備等都會(huì)影響智能抽油機(jī)的運(yùn)行效率，而自抗擾控制技術(shù)的應(yīng)用可以進(jìn)一步規(guī)避其影響因素，其中所涉及的自抗擾控制器基于“觀察＋賠償”來(lái)進(jìn)行控制系統(tǒng)中非線性與不確定性因素處理，采用非線性反饋方法確保控制器動(dòng)態(tài)性能的有效發(fā)揮。根據(jù)各個(gè)地區(qū)的實(shí)際抽油環(huán)境與要求采用自抗擾控制技術(shù)，其抗干擾的能力相對(duì)較強(qiáng)，而算法也不復(fù)雜，且具有效率快精度高的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，自抗擾控制技術(shù)能夠處理確定系統(tǒng)以及不確定系統(tǒng)中的控制問(wèn)題，控制算法也無(wú)須進(jìn)行控制對(duì)象的識(shí)別，其智能化程度較高，在分析問(wèn)題和反饋問(wèn)題方面具有良好的成效。

2 自抗擾控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

自抗擾控制技術(shù)提出后，在部分領(lǐng)域的應(yīng)用有其針對(duì)性的問(wèn)題，但是整體來(lái)看，此類技術(shù)以狀態(tài)變量描述為要點(diǎn)，通過(guò)狀態(tài)反饋進(jìn)行極點(diǎn)配置，從而改善全局動(dòng)態(tài)特征的問(wèn)題。在抗干擾研究以及自動(dòng)化控制過(guò)程中，需要保證其狀態(tài)反饋的準(zhǔn)確性、安全性與客觀性，在技術(shù)理論實(shí)踐中，需要結(jié)合其應(yīng)用路徑加以分析，若是在智能抽油機(jī)中予以應(yīng)用，需要了解相關(guān)開(kāi)環(huán)動(dòng)態(tài)特征先驗(yàn)知識(shí)和狀態(tài)變量信息。但客觀環(huán)境是不斷變動(dòng)的，而技術(shù)使用要求也是動(dòng)態(tài)調(diào)整的，當(dāng)智能抽油機(jī) 提供不了相關(guān)開(kāi)環(huán)動(dòng)態(tài)特征，自抗擾控制技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)受限，無(wú)法針對(duì)具體抽油情況來(lái)進(jìn)行反饋，所以其應(yīng)用的效果就會(huì)達(dá)不到預(yù)期。同時(shí)，各個(gè)領(lǐng)域?qū)ψ钥箶_控制技術(shù)的使用要求有明顯差異，所以要想完善自抗擾控制技術(shù)理論，需要長(zhǎng)期實(shí)踐過(guò)程，其應(yīng)用效果與數(shù)據(jù)理論仍然需要做深入分析。

3 自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)分析

自抗擾控制技術(shù)的應(yīng)用離不開(kāi)自抗擾控制器的功能發(fā)揮，在技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，需要了解自抗擾控制器的運(yùn)行原理，分析其中所涉及的組合部件。同時(shí)，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，工作人員需要了解自抗擾控制器的基本結(jié)構(gòu)，根據(jù)其運(yùn)行原理分析此類技術(shù)在智能抽油機(jī)的使用效果。一般自抗擾控制器會(huì)涉及非線性跟蹤微分器、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器以及非線性組合，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，自抗擾控制器會(huì)追蹤微分器為參數(shù)輸入安排過(guò)渡過(guò)程，進(jìn)而獲取光滑的輸入信號(hào)也將其中存在的微分信號(hào)進(jìn)行提取。在自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)體系中，擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器是其運(yùn)行的一個(gè)核心，通過(guò)雙通道補(bǔ)償原理進(jìn)行對(duì)象模型改造，從而達(dá)到將非線性以及不確定的系統(tǒng)近似線性化和確定性化的目的。基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器支持估計(jì)相應(yīng)對(duì)象，獲取并分析各狀態(tài)變量，也能夠進(jìn)一步判定擾動(dòng)估計(jì)，根據(jù)跟蹤微分器輸出、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器提供的狀態(tài)變量估計(jì)了解所獲取的狀態(tài)變量誤差。而這一狀態(tài)變量誤差中所涉及的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)未知作用力估計(jì)補(bǔ)償量以及非線性反饋共同組成控制量。自抗擾控制技術(shù)在研究的過(guò)程中，以PID 控制技術(shù)為基礎(chǔ)，而自抗擾控制技術(shù)的算法是典型的二階自抗擾控制器的算法，其中控制器的參數(shù)也涉及廣泛。舉例來(lái)說(shuō)，過(guò)渡過(guò)程快慢需要以及系統(tǒng)承受力所決定參數(shù)r，系統(tǒng)采樣步長(zhǎng)決定參數(shù)β，而其中所涵蓋的阻尼系數(shù)c、控制量增益r、補(bǔ)償因子b、精度因子h 是系統(tǒng)中需要調(diào)整的參數(shù)。一般控制量增益r 有其變動(dòng)范圍，即使到臨界點(diǎn)或者大到一定范圍也沒(méi)有過(guò)多影響，所以在參數(shù)調(diào)整的過(guò)程中更多的是關(guān)注阻尼系數(shù)c、補(bǔ)償因子b、精度因子h 三個(gè)參數(shù)。

4 自抗擾控制技術(shù)在智能抽油機(jī)中的應(yīng)用問(wèn)題分析

自抗擾控制技術(shù)在智能抽油機(jī)中的應(yīng)用雖提高其抽油效果，但是，智能抽油機(jī)類型多樣，受客觀條件限制在實(shí)際運(yùn)行中需要關(guān)注的問(wèn)題也各有不同，結(jié)合有桿-抽油機(jī)系統(tǒng)來(lái)看，雖然此類機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用范圍較廣，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單也不會(huì)涉及較為煩瑣的制造工藝，但是造價(jià)成本相對(duì)過(guò)高，且運(yùn)行效率并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期。自抗擾控制技術(shù)在運(yùn)用的過(guò)程中，不僅需要關(guān)注技術(shù)使用中的問(wèn)題，也要從造價(jià)控制和運(yùn)行效率方面提高關(guān)注力度，保證智能抽油機(jī)的整體運(yùn)行安全。一般情況下，智能抽油機(jī)的機(jī)械構(gòu)成會(huì)影響其最終的使用效果，在電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)四連桿機(jī)構(gòu)傳輸至懸點(diǎn)后，抽油桿在一個(gè)沖程周期內(nèi)會(huì)產(chǎn)生加速度運(yùn)動(dòng)，這也會(huì)引發(fā)慣性荷載問(wèn)題，而舉升過(guò)程中也存在其他負(fù)載力，在交替作用下出現(xiàn)振動(dòng)、形變等現(xiàn)象。若是生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)不合理、智能抽油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，抽油桿就容易出現(xiàn)過(guò)度拉伸以及失穩(wěn)屈服問(wèn)題，這也會(huì)導(dǎo)致抽油桿與油管之間摩擦損耗增加，最終抽油桿的使用壽命就會(huì)縮短，而其他部件若是存在破損問(wèn)題也容易使得智能抽油機(jī)的成本投入增加。此外，在自抗擾控制技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，作業(yè)人員技術(shù)原理掌握不到位，缺少相應(yīng)的操作規(guī)范或是處理問(wèn)題不及時(shí)也會(huì)影響技術(shù)使用效率。若是智能抽油機(jī)工作機(jī)制不合理，油層-采油系統(tǒng)供采就會(huì)出現(xiàn)不平衡的問(wèn)題，而油井泵效被制約，電能消耗也會(huì)相對(duì)較大，這也會(huì)導(dǎo)致智能抽油機(jī)的運(yùn)行效率較低。尤其是當(dāng)前抽油過(guò)程中，地層能量及下泵深度都有一定的不確定性，當(dāng)泵徑一定的情況下，智能抽油機(jī)的管桿損耗也會(huì)受到懸點(diǎn)速度及其一個(gè)沖程周期內(nèi)懸點(diǎn)速度變幅影響，所以，如何使用技術(shù)來(lái)控制能耗問(wèn)題也是需要深入研究的內(nèi)容。

5 自抗擾控制技術(shù)在智能抽油機(jī)中的應(yīng)用路徑分析

在智能抽油機(jī)中應(yīng)用自抗擾控制技術(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)智能抽油機(jī)的整體結(jié)構(gòu)類型來(lái)具體分析，當(dāng)智能抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)不同其技術(shù)使用效果也會(huì)有明顯差異，一般情況下，自抗擾控制技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中需要在游梁上安裝位移感應(yīng)器，在結(jié)構(gòu)部件連接之間安裝載荷傳感器。與此同時(shí)，為保證智能抽油機(jī)整體運(yùn)行安全也需要涉及到智能調(diào)節(jié)、電能監(jiān)測(cè)、通訊傳輸?shù)葹橐惑w的控制器以及相應(yīng)的變頻保護(hù)裝置。從當(dāng)前的研究成果來(lái)看，根據(jù)智能抽油機(jī)的實(shí)際運(yùn)行需求由有線載荷、有線角位移以及智能電量模塊所共同組成的有線智能抽油機(jī)應(yīng)用方案。而由無(wú)線一體化示功儀、智能電量模塊所組成的無(wú)線智能抽油機(jī)應(yīng)用方案也具有良好的效果。二者相對(duì)比之下，前者的數(shù)據(jù)傳輸相對(duì)較好，也無(wú)須考慮電池躉換的維護(hù)工作，但是在實(shí)踐中，會(huì)受到施工環(huán)境影響，在前期進(jìn)行布線以及后期養(yǎng)護(hù)維修時(shí)會(huì)耗費(fèi)一定的成本。而后者就不用考慮施工前期布線問(wèn)題，但是采用無(wú)線智能抽油機(jī)方案需要保電池更換的及時(shí)性，而此類技術(shù)方案運(yùn)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性相對(duì)較差。結(jié)合自抗擾控制技術(shù)的算法控制來(lái)看，主要涉及平衡度上下限系數(shù)設(shè)定、充滿度上下限系數(shù)設(shè)定、采樣步長(zhǎng)與補(bǔ)償因子設(shè)定等。同時(shí)，在實(shí)踐中，也需要工作人員準(zhǔn)確把握充滿度和平衡度的計(jì)算值以及其計(jì)算值是否保持在合理的范圍內(nèi)，若是計(jì)算值不合理需要重新轉(zhuǎn)換步驟。在技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，以百分比的形式來(lái)表現(xiàn)智能抽油機(jī)平衡裝置與游梁之間的平衡程度，借助功圖計(jì)算和判定充滿度，但同樣以百分比的形式進(jìn)行呈現(xiàn)。從算法實(shí)現(xiàn)上來(lái)看，平衡度和充滿度之間的耦合越低意味著效果越好，而在實(shí)際應(yīng)用中，平衡裝置位移想要保證其合理性，需要由平衡度進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于相關(guān)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，采用自抗擾控制技術(shù)需要準(zhǔn)確把握其技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，若是技術(shù)效果無(wú)法有效發(fā)揮，就會(huì)影響智能抽油機(jī)的整體運(yùn)行質(zhì)量，而相應(yīng)的抽油量也難以達(dá)到預(yù)期。這也意味著技術(shù)方案若是不成熟，油田企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益就難以提升，而推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新升級(jí)的速度就會(huì)明顯下降，所以針對(duì)自抗擾控制技術(shù)在智能抽油機(jī)中的應(yīng)用，仍然需要以實(shí)踐數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在關(guān)注智能抽油機(jī)的運(yùn)行要求時(shí)也需要關(guān)注其技術(shù)算法，基于質(zhì)量與效率完善技術(shù)理論。客觀來(lái)看，自抗擾控制技術(shù)不僅在智能抽油機(jī)中有所應(yīng)用，在國(guó)外研究中，此類技術(shù)在飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制、高精度位移控制也有所適用，而我國(guó)的化工系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)等領(lǐng)域也采用了自抗擾控制技術(shù)，其技術(shù)應(yīng)用效果相對(duì)良好，但仍處于實(shí)踐過(guò)程，需要不斷完善技術(shù)應(yīng)用理論。

6 自抗擾控制技術(shù)在智能抽油機(jī)中的研究方向分析

自抗擾控制技術(shù)在智能抽油機(jī)中的應(yīng)用不僅需要關(guān)注智能抽油機(jī)的運(yùn)用要求，也要精準(zhǔn)把握其結(jié)構(gòu)變化。

（1）從機(jī)械結(jié)構(gòu)上的技術(shù)來(lái)看，當(dāng)前智能抽油機(jī)的類型多達(dá)10 余種。其中游式抽油機(jī)、雙驢頭抽油機(jī)等都較為常見(jiàn)，從智能化數(shù)控化角度對(duì)技術(shù)加以創(chuàng)新，可以進(jìn)一步促進(jìn)抽油效率提升，同時(shí)也能夠保證相應(yīng)的抽油效益。結(jié)合當(dāng)前十分常見(jiàn)的游梁抽油機(jī)來(lái)看，此類抽油機(jī)的數(shù)量大且適用范圍相對(duì)廣泛，在實(shí)踐過(guò)程中，技術(shù)不斷升級(jí)也提出偏置游梁式抽油機(jī)類型，在原本的部件中又增設(shè)平衡調(diào)節(jié)裝置。其目的也是能夠根據(jù)具體的抽油環(huán)境，在有效分析井況基礎(chǔ)上，進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)平衡裝置，確保智能抽油機(jī)可以達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。雖然在改進(jìn)結(jié)構(gòu)中會(huì)提升安裝難度，但是在平衡調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用下抽油機(jī)的智能化效果更佳，在實(shí)際應(yīng)用技術(shù)過(guò)程中仍然需要結(jié)合具體的油田情況進(jìn)行判定，需要做好影響因素分析，保證技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際效果。

（2）從智能調(diào)節(jié)與控制來(lái)看，智能調(diào)節(jié)主要涉及平衡調(diào)節(jié)和沖次調(diào)節(jié)兩個(gè)方面，但是兩個(gè)調(diào)節(jié)有一定差異，前者需要在結(jié)構(gòu)上帶訂甲衡調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，借助游梁上的感應(yīng)器進(jìn)行抽油機(jī)的載荷數(shù)據(jù)傳輸，并對(duì)傳感器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析達(dá)到平衡調(diào)節(jié)目的。沖次調(diào)節(jié)則是依照功圖的充滿度來(lái)判定其是否需要調(diào)節(jié)，若是需要，則會(huì)基于控制器作用對(duì)變頻器進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在智能控制過(guò)程中，所涉及的功能眾多，根據(jù)智能抽油機(jī)的實(shí)際需要以及抽油采油的實(shí)際情況進(jìn)行判定，會(huì)涉及遠(yuǎn)程通信、智能控制、風(fēng)險(xiǎn)示警等諸多功能。其功能發(fā)揮取決于控制器的使用效果，在以往的技術(shù)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，針對(duì)自抗擾控制技術(shù)的理論數(shù)據(jù)也在逐步完善，為強(qiáng)化其應(yīng)用效果也會(huì)將一些輔助設(shè)備以及輔助技術(shù)進(jìn)行一體化應(yīng)用。在控制器作用下，抽油采油環(huán)節(jié)的電能和電機(jī)控制效果會(huì)不斷提升，同時(shí)，也以高效率的通信來(lái)進(jìn)行問(wèn)題溝通。通過(guò)遠(yuǎn)程控制與報(bào)警，相關(guān)企業(yè)可以及時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)防控，這不僅有助于提高這一環(huán)節(jié)的管理效益，也能夠?yàn)樽钥箶_控制技術(shù)理論完善提供必要保障，但是，對(duì)于智能調(diào)節(jié)、電能監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程通信等，安全管理力度仍需提升。

（3）結(jié)合當(dāng)前所推行的節(jié)能技術(shù)來(lái)看，在節(jié)能理念下，智能抽油機(jī)運(yùn)行也需要充分落實(shí)這一要求，所以節(jié)能器的控制技術(shù)研究力度也普遍加深。一般情況下，智能抽油機(jī)運(yùn)行會(huì)運(yùn)用到大量電能，所以把握電容定量關(guān)系也是技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)要點(diǎn)，從提高電機(jī)功率到節(jié)約電能消耗量均離不開(kāi)技術(shù)支持。此外，自抗擾控制技術(shù)的應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)眾多，為保證其技術(shù)的合理性，也需要做好數(shù)據(jù)采集分析，并利用關(guān)聯(lián)算法做好新技術(shù)研究，要想達(dá)到節(jié)能的目的，也可關(guān)注電能補(bǔ)償方面。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)能源消耗量持續(xù)增大，相關(guān)企業(yè)對(duì)智能抽油機(jī)整體運(yùn)行效率的關(guān)注度也會(huì)有所提升，在自抗擾控制技術(shù)應(yīng)用在智能抽油機(jī)后，既達(dá)到效率提升的目的也可保證其抽油量。同時(shí)也排除部分因素干擾，減少人工操作的風(fēng)險(xiǎn)隱患，在技術(shù)支持下，智能控制與調(diào)節(jié)均可實(shí)現(xiàn)，但是，自抗擾控制技術(shù)的理論數(shù)據(jù)仍不完善，還是處于長(zhǎng)期實(shí)踐的階段，這就需要結(jié)合具體的應(yīng)用要求來(lái)加強(qiáng)技術(shù)控制，如此更有效地發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用效果。