1、旋轉導向鉆井技術是集機械、電子以及液壓于一體的新興石油鉆探技術，具有鉆井摩阻小、鉆進方向?qū)崟r可調(diào)等優(yōu)點，廣泛應用于水平井和三維多目標井等復雜井眼的鉆探。鑒于實際復雜的工況，傳統(tǒng)的導向執(zhí)行機構控制方法在穩(wěn)定性和快速性等性能較差。因此，對導向執(zhí)行機構提出合理的控制方案對延長使用壽命和提高可靠性具有重要意義。本文面向一種靜態(tài)指向式旋轉導向執(zhí)行機構，圍繞地層力和芯軸合成應力模型、導向執(zhí)行機構仿真模型、動力學控制仿真與分析以及芯軸應力測試實驗展開

2、研究，主要工作如下：
　　首先，建立地層力和芯軸合成應力模型。在系統(tǒng)分析了芯軸的工作狀態(tài)基礎上，通過受力分析，建立了地層力的數(shù)學模型。基于第四強度理論，建立了芯軸的軸向應力、彎曲應力、扭轉應力、徑向應力以及周向應力的芯軸合成應力模型。
　　然后，建立導向執(zhí)行機構仿真模型?；诨鶢柣舴蚨?，建立了伺服電機系統(tǒng)的數(shù)學模型；應用牛頓方程，建立了偏置機構的數(shù)學模型；基于伺服電機系統(tǒng)與偏置機構的輸入輸出關系，構建了基于Simulink

3、的導向執(zhí)行機構仿真模型。
　　在Simulink中進行導向執(zhí)行機構動力學控制仿真分析。應用Simulink內(nèi)嵌的工具，優(yōu)化了PID參數(shù)；仿真結果表明，優(yōu)化的PID參數(shù)可以顯著縮短伺服電機系統(tǒng)的調(diào)整時間，同時芯軸應力波動明顯減小。
　　最后，進行了芯軸應力測試實驗。搭建了基于電阻應變片、集流器以及電阻應變儀的導向執(zhí)行機構芯軸應力測試實驗平臺，開展了在常激勵下的芯軸應力測試實驗，實驗測試與理論仿真結果基本吻合，驗證了理論模型的正