本发明涉及石油与天然气行业的井下数据传输，尤其涉及一种连续波脉冲信号非正弦性分析及优化的方法。
背景技术：
1、近年来，随着超深井的发展，井下数据信息迅速增加，随钻测井(lwd)和随钻测量(mwd)需要更快的数据传输速度和稳定性。最常用的无线数据传输方式是钻井液脉冲，它具有可靠性高、开发成本低、抗干扰性强的优势，能够在各种深井中快速高效地传输数据。连续波钻井液脉冲器通过改变钻井液的流动面积以产生压力波，并在井下进行编码后将井下数据传输到地面。
2、连续波脉冲器主要分为连续旋转阀式和摆动剪切阀式两种。前者通过转子以恒定的角速度连续旋转来产生流动面积的变化，而后者通过改变转子角速度，使转子以小角度的往复振荡产生压力波。由于摆动剪切阀脉冲器可以小角度旋转，因此适用于多种调制模式。与连续阀类型相比，有许多旋转模式可供选择，因此其正在成为井下钻井液脉冲的主流发展方向。在工作过程中，摆动剪切阀工具的转子需要周期性地加速和减速，以实现小角度往复运动摆动，但定子与转子机械结构复杂，且工程上旋转方式默认为正弦方式，这导致目前针对于摆动剪切阀式脉冲器的连续波非正弦性分析缺乏相关理论指导。
3、因此，需要提出一种针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化方法，能够在不改变机械结构的情况下改善摆动剪切阀式脉冲器连续波的正弦特性，为剪切阀式连续波的波形优化提供理论指导。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供一种针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化方法，用以解决目前针对连续波脉冲器的研究中，缺乏适用于摆动剪切阀式脉冲器的连续波非正弦性的原因分析方法以及波形优化策略的技术问题。
2、为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供了一种针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化方法，包括：
4、基于摆动剪切阀式脉冲器的机械结构，建立摆动剪切阀式脉冲器的压力波理论模型；
5、根据压力波理论模型确定所述脉冲器产生的理论连续波，将所述理论连续波与标准正弦波进行对比，分析理论连续波的非正弦性特征因素；
6、基于所述非正弦性特征因素，制定不改变所述摆动剪切阀式脉冲器机械结构的正弦化控制策略；
7、对所述正弦化控制策略进行控制参数仿真分析，确定所述正弦化控制策略的优选控制参数。
8、进一步的，所述建立摆动剪切阀式脉冲器的压力波理论模型，包括：
9、基于摆动剪切阀式脉冲器机械结构，忽略定子和转子径向间隙流的影响，建立定子与转子间流动面积的数学模型；
10、将所述脉冲器转子的角速度设置为正弦函数，根据薄壁节流理论和流动面积的数学模型计算所述脉冲器产生的压降；
11、基于所述脉冲器产生的压降确定所述脉冲器输出的压力波。
12、进一步的，所述摆动剪切阀式脉冲器具有相同阀片数的定子与转子。
13、进一步的，所述分析理论连续波的非正弦性特征因素，包括：
14、分别对所述理论连续波和标准正弦波的压力进行时间微分，求解压力变化率随时间及角度的变化关系；
15、根据压力变化率随时间及角度的变化关系，分析所述理论连续波的非正弦性特征因素。
16、进一步的，所述理论连续波的非正弦性特征因素包括：
17、当旋转角度在第一范围内时，压力变化率小于正弦波；
18、当摆动角度在第二范围内时，压力变化率大于正弦波；
19、其中，所述第一范围的角度小于第二范围的角度。
20、进一步的，所述正弦化控制策略包括半正弦常频旋转策略和半正弦变频旋转策略；
21、所述半正弦常频旋转策略为：不改变角速度的旋转周期，在转子旋转到终止角后停止，增加第二范围内角度的时间比例；
22、所述半正弦变频旋转策略为：改变第一范围内角度的旋转频率，降低第一范围内角度的运动时间。
23、进一步的，所述半正弦变频旋转策略的旋转角度和角速度变化方式为：
24、
25、其中，θhc、ωhc分别为转子旋转角度和角速度，k1为半正弦常频旋转的可调参数，对转子在终止角停留的时间产生影响，k1≥1；t为压力波周期；θ为旋转角度；t1＝1/(2k1·f)＝tk/2，t2＝t-tk/2，tk为k1f频率下的周期。
26、进一步的，所述半正弦变频旋转策略旋转角度和角速度变化方式为：
27、
28、其中，θhv、ωhv分别为转子旋转角度和角速度，k2为半正弦变频旋转的可调参数，对转子的两个工作频率大小产生影响，t为压力波周期；θl、θh分别为旋转起止角度；βh为年周期的边界角度，fk＝k2·f＞f为旋转角度在θl和βh之间的频率；为旋转角度在βh和θh之间的频率；t1、t2为两个频率下的旋转时间。
29、进一步的，对所述正弦化控制策略进行控制参数仿真分析，包括：
30、基于所述控制策略对脉冲器输出的压力信号进行仿真，计算不同控制参数下对应的预设指标值，根据预设指标值确定控制参数的取值范围；
31、其中，所述预设指标值至少包括连续波幅值、半周期时间占比以及皮尔逊相关系数。
32、另一方面，本发明还提供一种针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化系统，包括：
33、建模单元，用于基于摆动剪切阀式脉冲器的机械结构，建立摆动剪切阀式脉冲器的压力波理论模型；
34、分析单元，用于根据压力波理论模型确定所述脉冲器产生的理论连续波，将所述理论连续波与标准正弦波进行对比，分析理论连续波的非正弦性特征因素；
35、策略制定单元，用于基于所述非正弦性特征因素，制定不改变所述摆动剪切阀式脉冲器机械结构的正弦化控制策略；
36、仿真优化单元，用于对所述正弦化控制策略进行控制参数仿真分析，确定所述正弦化控制策略的优选控制参数。
37、相比于现有技术，本发明提供的方法，首先，建立了摆动剪切阀式脉冲器的压力波理论模型，便于分析脉冲器的工作状态以及对形成的压力波进行仿真和分析；其次，将脉冲器产生的理论连续波与标准正弦波进行对比分析，识别理论连续波的非正弦性特征因素；最后，在不改变机械结构的情况下，通过优化控制策略来改善连续波的正弦特性，为剪切阀式连续波的波形优化提供了有效而可靠的技术手段。本发明提出了振荡剪切阀式脉冲器产生压力波的理论模型，并建立了非正弦波形原因的理论分析方法，提出了用于波形优化的转子旋转策略，通过调整控制策略而非结构改变，能够有效降低波形的非正弦特性，提高摆动剪切阀式脉冲器的波形质量和稳定性，进一步优化脉冲器的性能。
1.一种针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化方法，其特征在于，所述建立摆动剪切阀式脉冲器的压力波理论模型，包括：
3.根据权利要求1所述的针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化方法，其特征在于，所述摆动剪切阀式脉冲器具有相同阀片数的定子与转子。
4.根据权利要求3所述的针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化方法，其特征在于，所述分析理论连续波的非正弦性特征因素，包括：
5.根据权利要求4所述的针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化方法，其特征在于，所述理论连续波的非正弦性特征因素包括：
6.根据权利要求5所述的针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化方法，其特征在于，所述正弦化控制策略包括半正弦常频旋转策略和半正弦变频旋转策略；
7.根据权利要求6所述的针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化方法，其特征在于，所述半正弦变频旋转策略的旋转角度和角速度变化方式为：
8.根据权利要求6所述的针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化方法，其特征在于，所述半正弦变频旋转策略旋转角度和角速度变化方式为：
9.根据权利要求6所述的针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化方法，其特征在于，对所述正弦化控制策略进行控制参数仿真分析，包括：
10.一种针对摆动剪切阀式脉冲器的压力信号非正弦性分析及优化系统，其特征在于，包括：
