一种PDC取芯钻头切削齿自适应驱动控制方法及系统与流程

本申请涉及智能控制，尤其涉及一种pdc取芯钻头切削齿自适应驱动控制方法及系统。

背景技术：

1、月球以其独特的空间位置、广阔的科学探索前景及丰富的环境物质资源，成为人类探索发现宇宙空间天体的首选，进行月球钻探有多个重要的科学和探索目的，pdc取芯钻头切削齿是一种利用聚晶金刚石复合片制成的切削元件，其结合了金刚石的高硬度、耐磨性与硬质合金基体的强度，使其具有优异的物理和力学性能，同时具有小型化和轻量化的特点，可为月球钻探提供有力支持。

2、传统方法进行切削齿工作状态切换时，通常利用传感器对切削齿进行实时温度监测，并基于监测结果判断是否存在温度异常状态，当存在温度异常状态时再进行切削齿状态切换，这种方法由于温度监测数据传输和分析需要时间，导致切换控制滞后性严重，同时温度监测时依赖于传感器的测量精度，导致监测结果的精度和稳定性无法保障，造成切削齿切换控制精度、准确性和稳定性较差。

3、综上所述，传统基于温度监测的pdc取芯钻头切削齿驱动控制方法存在控制精度低且滞后性严重的现象，导致无法及时对切削齿工作状态进行准确切换，造成切削齿切换控制精度、准确性和稳定性较差的技术问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种pdc取芯钻头切削齿自适应驱动控制方法及系统，用以解决传统基于温度监测的pdc取芯钻头切削齿驱动控制方法存在控制精度低且滞后性严重的现象，导致无法及时对切削齿工作状态进行准确切换，造成切削齿切换控制精度、准确性和稳定性较差的技术问题。

2、鉴于上述问题，本申请提供了一种pdc取芯钻头切削齿自适应驱动控制方法及系统。

3、第一方面，本申请提供了一种pdc取芯钻头切削齿自适应驱动控制方法，所述方法通过一种pdc取芯钻头切削齿自适应驱动控制系统实现，其中，所述方法应用于pdc取芯钻头切削齿自适应驱动控制系统，所述系统和pdc取芯钻头通信连接，所述pdc取芯钻头包括钻头切削齿，所述钻头切削齿通过旋转轴连接于pdc取芯钻头主轴，具有第一端切削齿和第二端切削齿，可通过旋转切换所述第一端切削齿和所述第二端切削齿交替工作，所述方法包括：监控钻头切削齿控制参数，其中，所述钻头切削齿控制参数包括切削角度、钻头压力、钻头转速和切削液流量；获得钻进目标区域的地层硬度和地层研磨系数；监控钻进目标区域的环境温度、环境湿度和切削齿初始温度；根据所述环境温度、所述环境湿度、所述切削齿初始温度、所述地层硬度、所述地层研磨系数、所述切削角度、所述钻头压力、所述钻头转速和所述切削液流量，构建输入变量矩阵；当第一端切削齿和第二端切削齿旋转切换，或/和所述输入变量矩阵发生变化时，通过温度预测网络对所述输入变量矩阵进行拟合，获得切削齿温度变化时序信息；根据所述切削齿温度变化时序信息，获得满足温度门限值的工作时刻信息；当满足所述工作时刻信息时，对所述第一端切削齿和所述第二端切削齿进行切换。

4、第二方面，本申请还提供了一种pdc取芯钻头切削齿自适应驱动控制系统，用于执行如第一方面所述的一种pdc取芯钻头切削齿自适应驱动控制方法，所述系统和pdc取芯钻头通信连接，所述pdc取芯钻头包括钻头切削齿，所述钻头切削齿通过旋转轴连接于pdc取芯钻头主轴，具有第一端切削齿和第二端切削齿，可通过旋转切换所述第一端切削齿和所述第二端切削齿交替工作，其中，所述系统包括：钻头切削齿控制参数监控模块，所述钻头切削齿控制参数监控模块用于监控钻头切削齿控制参数，其中，所述钻头切削齿控制参数包括切削角度、钻头压力、钻头转速和切削液流量；目标区域地层信息获得模块，所述目标区域地层信息获得模块用于获得钻进目标区域的地层硬度和地层研磨系数；目标区域环境信息监控模块，所述目标区域环境信息监控模块用于监控钻进目标区域的环境温度、环境湿度和切削齿初始温度；输入变量矩阵构建模块，所述输入变量矩阵构建模块用于根据所述环境温度、所述环境湿度、所述切削齿初始温度、所述地层硬度、所述地层研磨系数、所述切削角度、所述钻头压力、所述钻头转速和所述切削液流量，构建输入变量矩阵；切削齿温度变化时序信息获得模块，所述切削齿温度变化时序信息获得模块用于当第一端切削齿和第二端切削齿旋转切换，或/和所述输入变量矩阵发生变化时，通过温度预测网络对所述输入变量矩阵进行拟合，获得切削齿温度变化时序信息；工作时刻信息获得模块，所述工作时刻信息获得模块用于根据所述切削齿温度变化时序信息，获得满足温度门限值的工作时刻信息；切削齿切换模块，所述切削齿切换模块用于当满足所述工作时刻信息时，对所述第一端切削齿和所述第二端切削齿进行切换。

5、本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

6、通过监控钻头切削齿控制参数，其中，所述钻头切削齿控制参数包括切削角度、钻头压力、钻头转速和切削液流量；获得钻进目标区域的地层硬度和地层研磨系数；监控钻进目标区域的环境温度、环境湿度和切削齿初始温度；根据所述环境温度、所述环境湿度、所述切削齿初始温度、所述地层硬度、所述地层研磨系数、所述切削角度、所述钻头压力、所述钻头转速和所述切削液流量，构建输入变量矩阵；当第一端切削齿和第二端切削齿旋转切换，或/和所述输入变量矩阵发生变化时，通过温度预测网络对所述输入变量矩阵进行拟合，获得切削齿温度变化时序信息；根据所述切削齿温度变化时序信息，获得满足温度门限值的工作时刻信息；当满足所述工作时刻信息时，对所述第一端切削齿和所述第二端切削齿进行切换。也就是说，通过采集钻头切削齿工作时的多个温度变化关联因子，并基于多个温度变化关联因子构建输入变量矩阵；进一步通过基于自循环神经网络构建的温度预测网络对输入变量矩阵进行拟合，获取切削齿温度变化时序信息；然后根据温度变化时序信息确定切换时间节点进行切削齿切换，可以提高切削齿工作温度预测的准确性，进而实现精准设置切削齿状态切换时间，提高切削齿切换控制精度、准确性和稳定性的技术目标，达到延长切削齿使用寿命的技术效果。

7、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其他特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种pdc取芯钻头切削齿自适应驱动控制方法，其特征在于，应用于pdc取芯钻头切削齿自适应驱动控制系统，所述系统和pdc取芯钻头通信连接，所述pdc取芯钻头包括钻头切削齿，所述钻头切削齿通过旋转轴连接于pdc取芯钻头主轴，具有第一端切削齿和第二端切削齿，可通过旋转切换所述第一端切削齿和所述第二端切削齿交替工作，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述环境温度、所述环境湿度、所述切削齿初始温度、所述地层硬度、所述地层研磨系数、所述切削角度、所述钻头压力、所述钻头转速和所述切削液流量，构建输入变量矩阵，包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述第一切削齿温度记录数据集、所述第一环境温度记录数据集、所述第一环境湿度记录数据集、所述第一切削齿初始温度记录数据集、所述第一地层硬度记录数据集、所述第一地层研磨系数记录数据集、所述第一切削角度记录数据集、所述第一钻头压力记录数据集、所述第一钻头转速记录数据集和所述第一切削液流量记录数据集对所述环境温度、所述环境湿度、所述切削齿第一温度、所述地层硬度、所述地层研磨系数、所述切削角度、所述钻头压力、所述钻头转速和所述切削液流量进行权重分布，获得权重分布结果，包括：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述关联度分析矩阵对所述环境温度、所述环境湿度、所述切削齿第一温度、所述地层硬度、所述地层研磨系数、所述切削角度、所述钻头压力、所述钻头转速和所述切削液流量进行权重分布，获得所述权重分布结果，包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过温度预测网络对所述输入变量矩阵进行拟合，获得切削齿温度变化时序信息，包括：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，以所述第二切削齿温度记录数据集为监督，以所述第二环境温度记录数据集、所述第二环境湿度记录数据集、所述第二切削齿初始温度记录数据集、所述第二地层硬度记录数据集、所述第二地层研磨系数记录数据集、所述第二切削角度记录数据集、所述第二钻头压力记录数据集、所述第二钻头转速记录数据集和所述第二切削液流量记录数据集为输入，配置自循环神经网络，获得所述温度预测网络，包括：

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，配置自循环神经网络，获得所述温度预测网络，包括：

8.一种pdc取芯钻头切削齿自适应驱动控制系统，其特征在于，用于实施权利要求1至7中任意一项所述方法的步骤，所述系统和pdc取芯钻头通信连接，所述pdc取芯钻头包括钻头切削齿，所述钻头切削齿通过旋转轴连接于pdc取芯钻头主轴，具有第一端切削齿和第二端切削齿，可通过旋转切换所述第一端切削齿和所述第二端切削齿交替工作，所述系统包括：

技术总结本申请提供了一种PDC取芯钻头切削齿自适应驱动控制方法及系统，涉及智能控制技术领域，该方法包括：根据温度、湿度、切削齿初始温度、地层硬度、地层研磨系数、切削角度钻头压力、钻头转速和切削液流量，构建输入变量矩阵；当第一端和第二端切削齿旋转切换，或/和输入变量矩阵发生变化时，对输入变量矩阵进行拟合，获得切削齿温度变化时序；进而得到满足温度门限值的时刻信息对切削齿进行切换。通过本申请可以解决由于控制精度低且滞后性严重的现象，导致无法及时对切削齿工作状态进行切换，造成切削齿切换控制精度和准确性较差的技术问题，可以实现精准设置切削齿状态切换时间的目标，达到提高切削齿切换控制精度和准确性的技术效果。技术研发人员：侯立东,白劲松,李超,董思妍受保护的技术使用者：合力（天津）能源科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23