球磨機(jī)制粉系統(tǒng)的分析與研究

1、球磨機(jī)制粉系統(tǒng)常用控制方法（1）預(yù)測控制預(yù) 測控制的出發(fā)點(diǎn)和傳統(tǒng)PID控制不同，通常的 PID控制是根據(jù)過程當(dāng)前和過去的輸出測量值和 設(shè)定值的偏差來確定當(dāng)前的控制輸入 ，而預(yù)測控制不但利用當(dāng)前和過去的差值，而且 還利用預(yù)測模型來預(yù)估過程未來的偏差值，以滾 動確定當(dāng)前的最優(yōu)輸入策略。既然球磨機(jī)制粉系 統(tǒng)是一個(gè)大慣性純遲延的工業(yè)過程，因 此預(yù)測控制可以很好地解決這一控制難題。采用 模型控制算法（MAC）對球磨機(jī)進(jìn)行了控制， 同時(shí)通過引入輸出反饋消除靜差。具體MAC控 制是由被控系統(tǒng)的內(nèi)部模型、參考模型 和控制變量的計(jì)算3大部分組成。其中參考模型 用于生成參考軌跡，引導(dǎo)被控對象的輸出沿著這 條期望的

2、平滑的曲線無超調(diào)地收斂到給定值，采 用預(yù)測二步控制算法求解3個(gè)回路的最 佳控制方案。針對MAC對多變量耦合系統(tǒng)解耦 時(shí)需要求解大量線性方程問題，提出了一種新型 解耦思想，其核心思想是假設(shè)Y1，Y2，Y3已被 解耦是對立給出的，這樣就可使預(yù) 測時(shí)域P1，P2，P3和控制時(shí)域M1，M2，M3 可根據(jù)不同情況而具有不同值。（2）模糊控制 模糊控制是一種非線性控制，具有良好的穩(wěn)定性 和較強(qiáng)的魯棒性，容易與具體生 產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，解決未知模型系統(tǒng)的控制問 題。因此對于球磨機(jī)制粉系統(tǒng)這樣大純滯后、強(qiáng) 非線性和不確定性的工業(yè)過程，模糊控制是一種 十分有效的控制方法。對于球磨機(jī)這個(gè) 三輸入三輸出多變量系統(tǒng)，

3、如果采用常規(guī)的單階 模糊控制勢必會造成規(guī)則個(gè)數(shù)過多，例如本系統(tǒng) m=7，n=6，則規(guī)則個(gè)數(shù)為76=117649個(gè)， 這對于現(xiàn)場控制的硬件要求非 常高，即達(dá)不到實(shí)時(shí)控制的目的又不能節(jié)省改造 成本。假如采用遞階模糊控制 ，即第一級系統(tǒng)看作3個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，得到每個(gè)變 量的初步控制作用量，第二級用作對第一級的3 個(gè)輸 出量作調(diào)整，這樣第一級控制規(guī)則總數(shù)為 723=147，第二級控制規(guī)則總數(shù)為73=343， 控制規(guī)則總數(shù)為490，規(guī)則個(gè)數(shù)就大大減少了。 NYNYN步進(jìn)搜索自尋優(yōu)控制 系統(tǒng)流程圖由于球磨機(jī)模型的時(shí)變特性，導(dǎo)致模 糊控制沒有良好的魯棒性，使控制系統(tǒng)對被控對 象的攝動反應(yīng)很強(qiáng)烈。因此，模糊控制往

4、往和其 他控制算法相結(jié)合，以達(dá)到理想的控制 效果。中介紹了一種基于PLC的小型分散控制系 統(tǒng)（DCS），采用自尋優(yōu)模糊PI算法，實(shí)現(xiàn)對鋼 球磨煤機(jī)的自動控制與運(yùn)行監(jiān)視，提高制粉系統(tǒng) 的自動化水平。采用了一種模糊 控制和PID相結(jié)合的方案。根據(jù)偏差大小確定采 用模糊控制還是PID控制，以確保動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn) 態(tài)精度。該控制策略采用軟測量技術(shù)獲取磨負(fù)荷 信息，通過協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)對球磨機(jī)的 磨負(fù)荷和出口溫度的有效控制，通過控制熱、冷 風(fēng)量的比值實(shí)現(xiàn)對球磨機(jī)入口負(fù)壓的控制。如示。 自尋優(yōu)控制由于磨煤機(jī)最佳工況會因各種因素的 影響而改變，因此需要設(shè)計(jì)的控制系 統(tǒng)要具有跟蹤工況變化而保持最佳工況的功能。 直接以磨

5、煤機(jī)單耗減小的方向?yàn)檎{(diào)整目標(biāo)，從而 不去考慮磨內(nèi)存煤量這一比較難以測量的參數(shù)， 因?yàn)閺哪ッ簷C(jī)負(fù)荷特性曲線上看到：最 http:/ 超細(xì)磨粉機(jī) wty 佳料位和最小煤耗是對應(yīng)的。這種控制方法具有 良好的魯棒性，不管是因?yàn)轱L(fēng)量、煤種還是因?yàn)?煤的水分以及球磨機(jī)協(xié)調(diào)其模糊控制器1比制器 模糊控制器2軟測量控制器磨負(fù)荷設(shè)定 （出口溫度設(shè)定）入口負(fù)壓設(shè)定入口負(fù)壓磨負(fù)荷 出口溫度熱風(fēng)量模糊控制器PID控制-e+電廠球 磨機(jī)制粉系統(tǒng)控制策略綜述及研討李軍路張靠社 201振動量；2功率；3 壓差；4出力球磨機(jī)運(yùn)行特性曲線鋼球填充率 的改變而導(dǎo)致的最佳料位的漂移（改變），該控 制方法都有能很好跟蹤最佳工況變化的

6、能力，從 而實(shí)現(xiàn)最小磨煤單耗的目標(biāo)?？梢圆捎?預(yù)估比較的動態(tài)步進(jìn)搜索法，給定一輸入信號， 然后測量由于輸入信號的改變引起輸出量變化的 大小和方向，辨明方向后，再按需要的方向調(diào)節(jié) 被控對象的輸入。對于自尋優(yōu)控制往往 采用計(jì)算磨煤單耗作為控制的標(biāo)準(zhǔn)，由于風(fēng)粉測 量目前尚是一個(gè)工業(yè)難題，所以用給煤量代替出 粉量，必然存在一定誤差，導(dǎo)致自尋優(yōu)并不是自 尋最優(yōu)。由球磨機(jī)運(yùn)行特性曲線可知， 在最佳料位附近軸瓦振動量的變化接近于零，因 此可以利用軸瓦振動量的變化率作為自尋優(yōu)的參 考標(biāo)準(zhǔn)，以提高自尋優(yōu)控制的精度。由于襯瓦波 浪線延伸變形，使得鋼球與原煤不能升 到預(yù)定的角度和高度，鋼球裝載量不足及各種直 徑鋼球

7、配比不合理等因素均會使鋼球與原煤的研 磨達(dá)不到理想狀態(tài)，造成無用功增加。因此自尋 優(yōu)值僅是在目前設(shè)備條件下的最優(yōu)，但 肯定不是制粉系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最優(yōu)。隨著上述影 響磨制出力因素的改善，此最優(yōu)值當(dāng)大大提高， 因此自尋優(yōu)控制配合質(zhì)優(yōu)耐用的襯瓦以及合理的 球徑配比能取得非常理想的經(jīng)濟(jì)效益。 解耦控制球磨機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)典型的多變量耦合系 統(tǒng)。對溫度和負(fù)壓采用神經(jīng)元解耦控制器，神經(jīng) 元采用Hebb學(xué)習(xí)規(guī)則和規(guī)則學(xué)習(xí)相結(jié)合，通過 關(guān)聯(lián)搜索對外界的變化作出相應(yīng)的 反應(yīng)，從而達(dá)到了自學(xué)習(xí)的功能，并且具有較好 的解耦性能。文獻(xiàn) 提出了對球磨機(jī)系統(tǒng)控制的逆系統(tǒng)控制方案和基 于分布式人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逆系統(tǒng)控制，給出了適

8、 于分布式控制的 模糊工況劃分方法，并對逆系統(tǒng)進(jìn)行魯棒PID整 合。當(dāng)前球磨機(jī)制粉控制系統(tǒng)的熱點(diǎn)研究充分考 慮球磨機(jī)系統(tǒng)的非線性、強(qiáng)耦合、以及大遲延、 大慣性等特性，以非線性智能控制理 論為基礎(chǔ)，并著力解決系統(tǒng)的耦合問題，充分考 慮斷煤、堵煤和超溫等各種異常工況，提高系統(tǒng) 在大范圍內(nèi)的可控性和適應(yīng)性，不僅單耗最低， 更要使制粉系統(tǒng)的總體效率最佳，達(dá)到 整體上的優(yōu)化。球磨機(jī)制粉控制系統(tǒng)的研究熱點(diǎn) 主要有以下幾個(gè)方面。解決球磨機(jī)筒內(nèi)存煤量的 軟測量問題以音頻信號為主，電流、壓差、振動、 重量等信號為輔，利用信號處理技術(shù) 與多函數(shù)擬合，并反復(fù)實(shí)驗(yàn)、調(diào)整，找到這些參 數(shù)與球磨機(jī)負(fù)荷的關(guān)系。對于其中的噪

9、聲測量， 可通過噪聲傳感器，采用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)和快 速傅里葉分析方法，識別其噪聲特征譜 ，最終達(dá)到建立球磨機(jī)負(fù)荷的穩(wěn)定、精確的數(shù)學(xué) 模型。優(yōu)化決策功能的節(jié)能控制設(shè)計(jì)方案對運(yùn)行 中節(jié)能降耗而言，決策優(yōu)化的作用比單純智能控 制更加重要。如果缺乏有效的優(yōu)化決策 ，即使自動控制能夠投用，其節(jié)能效果依然有限。 只有充分利用信息，對制粉系統(tǒng)中的風(fēng)、煤與鋼 球諸因素進(jìn)行綜合優(yōu)化，才能最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié) 能降耗的目標(biāo)。進(jìn)行球磨機(jī)制粉控制 系統(tǒng)的編程和仿真應(yīng)用研究根據(jù)球磨機(jī)制粉系統(tǒng) 的仿真模型和智能控制方法，利用VC+和 Matlab等語言作為程序開發(fā)和仿真工具，開發(fā) 相應(yīng)的控制算法程序和仿真程序，并 以某典型的球磨機(jī)制粉系統(tǒng)為仿真實(shí)例，對該系 統(tǒng)的智能控制方案進(jìn)行仿真應(yīng)用研究。在電廠信 息化系統(tǒng)中嵌入球磨機(jī)制粉控制系統(tǒng)將具有優(yōu)化 決策功能的智能化鋼球磨煤