● 摘要
本课题是国家863“自动垂直钻井技术研究”工程项目的子课题，主要任务是对旋转导向伺服系统抗扰控制方法的研究，包括旋转导向伺服系统中电机转角测量方法的研究和电机伺服系统控制结构的研究。
首先，介绍了RDC的工作原理，分析了传统的测角方法的优缺点，对旋转变压器输出信号的采样方法、转角解调算法以及井下高温振动等复杂环境进行研究，设计了一套电机转角测角系统。它包括电机转角测量系统的硬件电路设计和位置角度解调算法的程序实现。
电机转角测量系统采用TMS320F2812作为主控制器，AD7656采集旋转变压器的输出信号，CAN总线作为整个系统各模块间的数据传输协议，高精度的光电编码器作为校准测量精度，形成了一整套完整的电机转角测量电路系统。
角度解调算法采用同步过采样解调算法。ADC采集的数据经过FIR抽取滤波器进行滤波，再利用反正切函数求出带有延迟的位置角度信息，通过位置和速度插值跟踪算法进行补偿，得出高精度的电机位置角度。
其次，对井下复杂的工作环境和电机工作模式进行研究，提出了位置环和电流环的两环电机伺服控制结构。电流环采用PI调节器，位置环采用基于扩张状态观测器的前馈型二自由度控制器的结构，保证了电机伺服系统的快速跟踪能力。
最后，构建实验室测试平台，对电机转角测量系统、电流环和位置环的设计进行了验证。
根据测试的结果表明，本文所设计的电机转角测量系统具有高精度、无延迟的优良性能，两环电机伺服控制结构能够保证电机的抗扰特性和快速跟踪特性。