專利名稱：基于多變量解耦imc技術(shù)的磨礦過程運(yùn)行控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多變量解耦I(lǐng)MC技術(shù)的磨礦過 程運(yùn)行控制方法。
背景技術(shù)：
就選礦領(lǐng)域而言，由球磨機(jī)和水力旋流器等分級設(shè)備構(gòu)成的濕式磨礦回路廣泛用 于將原礦石研磨至工藝要求的粒度范圍，使其與脈石單體解離，以利于后續(xù)選別作業(yè)對有 用礦物進(jìn)行有效提取。磨礦過程是整個(gè)選礦生產(chǎn)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，起著承上啟下的作用 首先表征磨礦產(chǎn)品質(zhì)量的磨礦粒度的好壞決定著整個(gè)選礦產(chǎn)品的選礦品位和金屬回收率 指標(biāo)。另外，表征磨礦過程運(yùn)行效率的磨機(jī)返砂量的大小又決定著整個(gè)磨礦作業(yè)的處理能 力，從而直接關(guān)系到選礦生產(chǎn)的處理能力。因此，改善磨礦運(yùn)行，對磨礦過程的磨礦粒度、磨 機(jī)返砂量等工藝指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)控制具有重要意義，它是整個(gè)選礦過程實(shí)現(xiàn)廠級自動(dòng)化的關(guān) 鍵。 目前，現(xiàn)有磨礦過程控制理論和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的研究集中在實(shí)現(xiàn)常規(guī)過程變 量定值跟蹤控制的基礎(chǔ)回路控制上，現(xiàn)有的磨礦過程控制理論和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的研究 集中在保證閉環(huán)控制回路穩(wěn)定的條件下，使被控變量盡可能地跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)定值。但 是，從選礦工程的角度看，磨礦控制的作用不僅僅是使控制系統(tǒng)輸出很好地跟蹤動(dòng)態(tài)設(shè)定 點(diǎn)的變化，更應(yīng)該控制整個(gè)運(yùn)行的磨礦過程，使反映磨礦過程整體運(yùn)行性能的磨礦粒度和 磨機(jī)返砂量等工藝指標(biāo)控制在滿足工藝生產(chǎn)需求的目標(biāo)范圍內(nèi)。但目前磨礦過程運(yùn)行的控 制僅涉及常規(guī)底層基礎(chǔ)回路控制的反饋控制，并未涉及到上層過程運(yùn)行工藝指標(biāo)的反饋控 制，難以實(shí)現(xiàn)期望要求的磨礦工藝指標(biāo)控制。 已有的實(shí)現(xiàn)磨礦過程工業(yè)指標(biāo)的運(yùn)行控制方法主要有基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、模糊 推理(Fuzzy Inference)、案例推理(CBR)及專家系統(tǒng)(ES)等智能方法以及基于經(jīng)驗(yàn)數(shù) 學(xué)模型的方法(Zhou， P. ， Ding， J丄，Chai T. Y. ， et al， An intelligent approach for supervisory control of grindingproduct particle size,The 46th IEEE Conference on Decision and Control, 2007 :1856-1861 ;周平，岳恒，鄭秀萍，柴天佑，磨礦過程的多變量 模糊監(jiān)督控制，控制與決策，2008，23，6，pp. 685-688 ;趙大勇，岳恒，周平，柴天佑，基于智能 優(yōu)化控制的磨礦過程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2005，35，3， pp. 119-124 ; 基于案例推理的磨礦系統(tǒng)智能優(yōu)化設(shè)定方法，發(fā)明專利，專利號ZL 200410050750.6)。由 于這些方法與具體磨礦過程而異，只能針對單個(gè)磨礦工藝指標(biāo)進(jìn)行控制，并且理論性較弱， 因而減少了其參考使用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有磨礦過程運(yùn)行控制方法的不足，采用分層控制策略，設(shè)計(jì)能獲得良好解 耦能力和較好魯棒穩(wěn)定性和干擾抑制能力的上層回路設(shè)定系統(tǒng)，提出了一種基于多變量解 耦頂C技術(shù)的磨礦過程運(yùn)行控制方法。
3
為方便描述，對其中使用的符號和術(shù)語定義如下 頂C-內(nèi)模控制，英文為internal model control; R——磨礦過程工藝指標(biāo)； R*——磨礦過程工藝指標(biāo)期望(設(shè)定)值； ^——磨礦過程工藝指標(biāo)的估計(jì)值； 巧-磨礦粒度，(％， _200mu); r2-磨機(jī)返砂量，t/h ; A K—磨礦工藝指標(biāo)R的允許偏差限值； —指標(biāo)ri的允許偏差限值； Y——影響R的關(guān)鍵過程變量； Y*——關(guān)鍵過程變量的設(shè)定值； yi——磨機(jī)新給礦量，t/h; y2——泵池加水量，t/h; yi*——磨機(jī)新給礦量設(shè)定值，t/h ; y2*——泵池加水量設(shè)定值，t/h ; U——回路控制系統(tǒng)的主要控制(操作)變量； Ul——給礦機(jī)變頻器頻率，Hz ; u2——泵池加水閥門開度，％ ; Vl——磨機(jī)加水閥門開度，％ ; v2——底流泵變頻器頻率，Hz ; y工——磨機(jī)加水量，t/h ; y 2——泵池液位，m ; ——磨礦粒度期望(設(shè)定)值； r2*—磨礦返砂量期望(設(shè)定)值； GY——電振給礦及機(jī)、電動(dòng)閥門等被控設(shè)備； G——被控磨礦過程； ^——磨礦過程模型； Ks——回路設(shè)定控制器； KY——回路控制器； K——廣義內(nèi)?？刂破?； D——磨礦過程干擾； S——邊界約束條件； 群-稱重儀； FT——流量計(jì)； ST——粒度計(jì)； LT——液位計(jì)； 本發(fā)明采用分層控制策略，磨礦運(yùn)行控制系統(tǒng)由底層回路控制系統(tǒng)和上層回路設(shè) 定系統(tǒng)構(gòu)成，具體步驟如下 —種基于多變量解耦I(lǐng)MC技術(shù)的磨礦過程運(yùn)行控制方法，其特征在于首先在該磨
4礦底層回路控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)置上層回路設(shè)定系統(tǒng)，其控制過程是 步驟1 :確定磨礦過程整體運(yùn)行性能工藝指標(biāo)R = {巧，…，rj ，包括磨礦粒度和 磨機(jī)返砂量； 步驟2 :確定磨礦過程工藝指標(biāo)R的過程變量Y = {yi，…，yj ，包括磨機(jī)新給礦 量、泵池加水量； 步驟3 :利用步驟2的結(jié)果，確定單輸入單輸出回路控制策略和操作變量U = {Ul，…，uJ，所述的U包括電振給料機(jī)頻率、泵池加水閥門開度； 步驟4:確定磨礦工藝指標(biāo)的期望^=化-,《}和該期望目標(biāo)區(qū)間(R*_AK， R*+AK)以及邊界約束條件S; 步驟5 :利用測量系統(tǒng)測量出磨礦工藝指標(biāo)R的實(shí)際值，過程變量Y的實(shí)際值，通
過下位機(jī)PLC系統(tǒng)及通信網(wǎng)絡(luò)將信息傳送到上位機(jī)回路設(shè)定系統(tǒng)；其中，測量系統(tǒng)是指磨
礦工藝指標(biāo)和關(guān)鍵過程變量測量儀，包括粒度計(jì)、稱重儀、流量計(jì)和液位計(jì)； 步驟6 :利用回路設(shè)定控制器確定底層回路控制器設(shè)定值7'={乂,..，;0; 步驟7 :利用通信網(wǎng)絡(luò)將步驟6的結(jié)果傳送到下位機(jī)PLC系統(tǒng)； 步驟8 :底層回路控制器產(chǎn)生相應(yīng)的控制動(dòng)作U = {Ul， ， Um};
步驟9 :執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行底層回路控制器發(fā)出的控制指令，磨礦運(yùn)行系統(tǒng)快速變化 到指定的工況下，獲得期望的磨礦工藝指標(biāo)，其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指用于調(diào)節(jié)Y的器件，包括 電振給料機(jī)變頻器和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。 其中，步驟6所述的回路控制器確定底層回路控制器設(shè)定值Y*的具體步驟如下
步驟6-1 :將回路設(shè)定控制器Ks轉(zhuǎn)化為離散形式；
步驟6-2 :數(shù)據(jù)讀取、輸入與處理；
步驟6-3 :求AR = (R*-R); 步驟6-4:判斷是否滿足AR《A K(即判斷磨礦工藝指標(biāo)R是否目標(biāo)區(qū)間內(nèi))，如 果滿足，則執(zhí)行步驟6-5，否則執(zhí)行步驟6-6 ; 步驟6-5 :保留原回路控制器設(shè)定值￥*不變，執(zhí)行步驟6-14 ; 步驟6-6 :由運(yùn)行指標(biāo)模型根據(jù)Y求R的估計(jì)值^ ; 步驟6-7 :計(jì)算Q -》)的值； 步驟6-8 :求R*的變化量A R* ; 步驟6-9 :求[M' — 0 —犬)]的值； 步驟6-10 :根據(jù)fs[A^-0 -^)]求丫* ; 步驟6-11 :判斷￥*是否滿足8的約束條件，如滿足則執(zhí)行步驟6-13，否則執(zhí)行步 驟6-12 ; 步驟6-12 :卡邊約束處理； 步驟6-13 :將Y*傳送給底層回路控制器； 步驟6-14:結(jié)束。 有益效果本發(fā)明采用分層策略，其中上層回路設(shè)定系統(tǒng)，采用解耦MC算法，能 對多變量、強(qiáng)耦合對象有良好的高維解耦能力，對系統(tǒng)廣泛存在的多時(shí)滯特性具有很好的 補(bǔ)償作用，另外該控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快、魯棒穩(wěn)定性好、抗干擾能力及容錯(cuò)能力強(qiáng)，指標(biāo)因
5為過程干擾而發(fā)生動(dòng)態(tài)偏移時(shí)能對回路設(shè)定值進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和修正，另外還設(shè)置有濾波 器，能對系統(tǒng)魯棒性能進(jìn)行顯示設(shè)計(jì)。


圖1、為磨礦過程運(yùn)行的分層控制策略框圖； 圖2、為本發(fā)明基于解耦I(lǐng)MC技術(shù)的磨礦過程運(yùn)行控制策略框圖；
圖3、為本發(fā)明磨礦過程運(yùn)行控制的擴(kuò)展解耦I(lǐng)MC設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖；
圖4、為本發(fā)明上層回路設(shè)定控制器流程圖；
圖5、為本發(fā)明系統(tǒng)流程圖；
圖6、為本發(fā)明磨礦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖6中1礦倉，2電振給礦機(jī)，3輸送皮帶，4球磨機(jī)，5電動(dòng)閥門，6泵池，7底流泵， 8旋流器，9PLC系統(tǒng)，10上位機(jī)系統(tǒng)(回路設(shè)定軟件)；
圖7、為本發(fā)明磨礦系統(tǒng)運(yùn)行控制效果圖； 圖7中(a)表示磨礦粒度的運(yùn)行控制曲線，(b)表示磨機(jī)返砂量的運(yùn)行控制曲線， (c)表示新給礦量回路設(shè)定值變化曲線，(d)表示泵池加水量回路設(shè)定值變化曲線，(e)表
示實(shí)際新給礦量運(yùn)行曲線，(f)表示實(shí)際泵池加水量運(yùn)行曲線；
圖8、為本發(fā)明切換機(jī)制的切換序列圖； 圖8中P(R) = l，表示磨礦運(yùn)行指標(biāo)為優(yōu)，保留原回路設(shè)定值不變；P(R) =0表 示磨礦運(yùn)行指標(biāo)不合格，此時(shí)對回路設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 圖1為磨礦過程運(yùn)行的分層控制策略框圖，本發(fā)明在磨礦過程底層回路控制系統(tǒng) 的基礎(chǔ)上設(shè)置上層回路設(shè)定系統(tǒng)。 圖2所示的磨礦過程運(yùn)行控制系統(tǒng)具有常規(guī)IMC結(jié)構(gòu)的三要素即被控對象、對象 模型及內(nèi)模控制器，其中對象模型是指磨礦運(yùn)行指標(biāo)模型，即磨礦工藝指標(biāo)R與過程變量Y 之間動(dòng)態(tài)關(guān)系，圖2中的內(nèi)模控制器包括底層回路控制系統(tǒng)和上層回路設(shè)定系統(tǒng)，稱為廣 義內(nèi)?？刂破鳎?磨礦過程運(yùn)行指標(biāo)模型用于預(yù)測磨礦過程底層控制回路的輸出Y對磨礦工藝指
標(biāo)R的影響，即實(shí)現(xiàn)式(1)的動(dòng)態(tài)關(guān)系 R=f(Y，D) (1) 式中，f ( )為未知?jiǎng)討B(tài)函數(shù)，隨磨礦過程干擾D的變化而變化。 廣義內(nèi)模控制器用于逼近磨礦過程運(yùn)行指標(biāo)模型的動(dòng)態(tài)逆，即實(shí)現(xiàn)如下動(dòng)態(tài)關(guān)
系 Y = f—1 (R*， D) (2) 分兩步完成首先是磨礦工藝指標(biāo)期望值R*到回路控制系統(tǒng)各個(gè)回路設(shè)定值Y*的 實(shí)現(xiàn)，即R* — Y*，由回路設(shè)定控制器通過實(shí)現(xiàn)式(3)的動(dòng)態(tài)映射關(guān)系來完成
Y* = g(R*，D) (3) 式中，g(*)為未知?jiǎng)討B(tài)函數(shù)，隨擾D的變化而變化。其次是￥* —Y，由廣義內(nèi)模5/10頁
(4)
控制器的底層控制系統(tǒng)通過對f的定值跟蹤完成。 結(jié)合圖3和流程圖4對本發(fā)明回路設(shè)定系統(tǒng)算法作具體說明，過程如下 1)回路設(shè)定控制器的設(shè)計(jì) 采用響應(yīng)測試法確定GY，如下所示 & = diag^," (5>-、"s ，…，g", We""'5,…,&7 0>—、腳5}
式中，GY表示Y與U之間動(dòng)態(tài)關(guān)系的傳遞函數(shù)模型，diag{ }表示對角矩陣， gy,ii(s)為無時(shí)滯有理傳函數(shù)模型，e"^表示時(shí)間常數(shù)為t。,ii的時(shí)滯因子。
根據(jù)GY設(shè)計(jì)單輸入單輸出PID控制器KY，表示如下
KY = diag(ky,ii(s) ， ".'Us), …，ky,腿(s)) (5) 確定磨礦過程底層回路控制系統(tǒng)Ke的傳遞函數(shù)矩陣，如下所示 Kc = GYKY(I+GYKY)-1 = diag(kc,n(s)， ...Us),".，、腿(8)} 其中，k。,ii(s)具有如下的通式





(6)
V，〃
y、"、
(7) 式中，k"ii(s)的時(shí)滯為t (k"ii) = 、,ii，i^)表示函數(shù)一勺時(shí)滯，以下同。 設(shè)G、(5分別表示圖3擴(kuò)展解耦I(lǐng)MC系統(tǒng)的磨礦運(yùn)行過程及磨礦運(yùn)行指標(biāo)模型的傳
遞函數(shù)式。實(shí)際磨礦過程控制中，G及(5通常建模成多變量、多時(shí)滯m階方陣形式，如下所
示
g卿C50.
(8) 式中g(shù)^)-g。,^)戶及g。,ij(s) = n。,ij(s)/d。,ij(s)為穩(wěn)定正則的有理傳遞函數(shù) 式，

> 0。
確定回路設(shè)定控制器Ks的傳遞函數(shù)矩陣，公式如下
… 、o)
《,…K。
確定廣義內(nèi)模控制器K，公式如下
(9)
)…O)-
確定擴(kuò)展解耦I(lǐng)MC系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣H，公式如下
(11)
7
|G|為復(fù)雜的高階多時(shí)滯形式，公式如下
(20) 式中^Cy)為有理傳函模型，P表示|G|中傳遞函數(shù)個(gè)數(shù)。由于|G|的各個(gè)組成
部分含有不同的時(shí)滯，這在上述回路設(shè)定控制器設(shè)計(jì)過程中不便于提取時(shí)滯和非最小相位 零點(diǎn)。因而本發(fā)明采用頻域加權(quán)遞推最小二乘(RLS)降階算法將|G|降階成如下二階加純
滯后形式
(21)

式中，e = [ai a2 b。 ^ bjT為待估計(jì)模型參數(shù)，L為待辨識時(shí)滯。 頻域加權(quán)RLS進(jìn)行模型降階的具體步驟如下
步驟1 :根據(jù)實(shí)際情況，確定N， L。， AL，從而有Li = L。+(i-l) AL， i = 1，…，N，
其中，L。表示初始時(shí)滯，k表示第i次計(jì)算時(shí)的時(shí)滯，A L表示時(shí)滯變化步長，N表示計(jì)算次 步驟2 :選取模型降階的辨識頻率區(qū)間("min "mjHz，并將其在對數(shù)坐標(biāo)下M等 分，從而有^ "^^"，其中，"k表示第k次計(jì)算時(shí)的頻率。 步驟3 :對每個(gè)b ，采用下述算法找到& (力=<^),'S =問^的有理近似解^ W :
《=&+a {v, [^。(鳳)"cm)+a - vr [u(>r)ur cm)+^7, cm)
尸-=
戶-
(22)a.
2仏，(A))哮0,》 1 + 2v, Re(UT (鳳)化一 Re(U(鳳))
f2v必—,Im( (Utcm》— 1 + 2、 Im(UTOr))込一 Im(U(>,)) 式中Vr = " r+「 " r (這里"r < " r+1)為權(quán)值，另外^CM) = 0^0》,，
以及
u(M) = [-ACMXM -ACM)CM)2 "CK)"CKXM "CM)CM)2]。 步驟4 :對步驟3得到的每一個(gè)有理近似解&Cs)，求^(" = A(力e-^ ，并計(jì)算近似誤
差e，公式如下
1 W I -
(23) 步驟5 :取產(chǎn)生最小e的解f (s)作為|G|的最佳二階近似模型。
3)切換機(jī)制的設(shè)計(jì) 本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)磨礦工藝指標(biāo)的區(qū)間約束控制，在回路設(shè)定系統(tǒng)設(shè)置了切換機(jī)制，其切換律設(shè)計(jì)為 y — 、 ' ' (24)
0)，尸(及)=1 式中，Y*(z)為采樣離散化后的回路設(shè)定值，尸(及)蘭尸0l)v尸(^)v…v尸(O為切 換函數(shù)，V為與算子，若ceOf-，則定義P(r》=l，否則P(r》=0，其中 為指 標(biāo)ri的允許偏差限值。式(24)的含義就是若P(R) = l，認(rèn)為磨礦運(yùn)行指標(biāo)為優(yōu)，保留原 回路設(shè)定值不變；若P(R) = 0表示磨礦運(yùn)行指標(biāo)不合格，此時(shí)應(yīng)對回路設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖5為系統(tǒng)流程圖； 圖6為鐵礦選礦生產(chǎn)過程的一個(gè)典型濕式磨礦過程。該磨礦回路由格子型球磨機(jī) 和水利旋流器構(gòu)成，其具體工藝描述如下礦倉中的原礦石經(jīng)電振給礦機(jī)下落到輸送皮帶， 并經(jīng)皮帶輸送進(jìn)球磨機(jī)進(jìn)行研磨，同時(shí)按比例在球磨機(jī)入口加入一定比例的水。經(jīng)球磨機(jī) 研磨后的礦漿排入泵池，同時(shí)在泵池入口補(bǔ)加一定量的水。泵池內(nèi)的礦漿由底流泵打入水 力旋流器，礦漿在旋流器內(nèi)部離心力的作用下進(jìn)行分級，細(xì)粒級礦漿形成磨礦產(chǎn)品，并從旋 流器溢流口排出進(jìn)入下道選別工序，粗粒級礦槳由旋流器的沉砂口排出，返回磨機(jī)再磨。
采用本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的該磨礦過程運(yùn)行控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖6所示，具體實(shí) 施方式如下所示 反映圖6所示磨礦過程整體運(yùn)行性能的工藝指標(biāo)為R = h，rj ，其中巧為磨礦粒 度(％， -200mu) ， r2為磨機(jī)返砂量(t/h)。影響巧，r2關(guān)鍵過程變量為Y = {yi， y2}，其中yi 為磨機(jī)新給礦量，K為泵池加水量。因此將yp ^作為主控制回路在底層進(jìn)行基礎(chǔ)回路控 制，其操作變量分別為電振給礦機(jī)頻率W(Hz)和泵池加水閥位開度112(%)。另外，為了防 止泵池"打冒"和"打空"，還設(shè)有一個(gè)通過調(diào)節(jié)底流泵頻率v2 (Hz)來控制泵池液位Y 2 (m) 的超松弛本地控制回路，以及一個(gè)與yi控制回路構(gòu)成比值控制的磨機(jī)加水量L(t/h)本地 控制回路，其操作變量為磨機(jī)加水閥位開度Vl(% )。 在磨礦過程運(yùn)行現(xiàn)場安裝如下測量儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括粒度計(jì)測量磨礦粒度 巧；兩個(gè)稱重儀稱量磨機(jī)返砂量r2和新給礦量yi ;兩個(gè)流量計(jì)測量泵池加水量y2和磨機(jī)加
水量Y。液位計(jì)測量泵池液位Y"兩個(gè)變頻器調(diào)節(jié)電振給料機(jī)頻率W和底流泵電機(jī)頻率 v2 ;兩個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)泵池加水閥們開度U2和磨機(jī)加水閥門開度Vl。
以PLC實(shí)現(xiàn)底層基礎(chǔ)控制回路的自動(dòng)控制。在下位機(jī)中，使用PLC中的單回路調(diào) 節(jié)器對組成如下的基礎(chǔ)控制回路通過調(diào)節(jié)電振給料機(jī)頻率^控制新給礦量y工的回路；通
過調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門開度u2控制泵池加水量y2的回路；通過調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門開度Vl控制磨機(jī)加
水量L的回路；通過調(diào)節(jié)底流泵電機(jī)頻率^來控制泵池液位Y2的回路。
在上位機(jī)中以RSView32提供的VBA應(yīng)用軟件對回路設(shè)定系統(tǒng)的相關(guān)算法進(jìn)行軟 件實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)上裝有RSLinx通訊軟件負(fù)責(zé)與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，RSLinx與設(shè)計(jì)的回路 設(shè)定系統(tǒng)軟件之間通過DDE方式進(jìn)行雙向通訊?；芈吩O(shè)定系統(tǒng)的相關(guān)實(shí)現(xiàn)算法如下
首先采 本發(fā)明方法獲得底層回路控制系統(tǒng)Kc的對角閉環(huán)傳函矩陣為<formula>formula see original document page 11</formula> 然后采用響應(yīng)測試法建立yi， y2到巧，r2的傳遞函數(shù)模型G為<formula>formula see original document page 11</formula>0.025(74s + l)e (2.3^ + l)(5.5;y + l)
<formula>formula see original document page 11</formula> 將該模型作為回路設(shè)定系統(tǒng)的磨礦過程運(yùn)行指標(biāo)模型。采用頻域加權(quán)RLS模型降 階算法將具有高階多時(shí)滯特性的G的行列式|G|
<formula>formula see original document page 11</formula>(5.8s + l)(5.3s + l) (2.3s+l)(5.5s +物+ l) 簡化為如下二階加純時(shí)滯形式
,;^ -0.0055s2—0.0356s —1.48 _6 37, 18.9295^+9.2147s + l
(27)
(28) 然后，采用本發(fā)明給出的回路設(shè)定控制器Ks設(shè)計(jì)公式，得到Ks的最終表達(dá)式為
<formula>formula see original document page 11</formula>
換律
<formula>formula see original document page 11</formula>
為了實(shí)現(xiàn)工藝指標(biāo)R的區(qū)間約束控制，為回路設(shè)定系統(tǒng)的切換機(jī)制設(shè)置如下的切
<formula>formula see original document page 11</formula>
lo,其他情況
(31) 為安全起見，yi*的調(diào)節(jié)幅度不能超過10t/h， y2*的調(diào)節(jié)幅度不能超過10t/h。正 常工況下，yj的值不能超過(45 75) (t/h)的范圍，y/的值不能超過(35 65) (t/h)的 范圍。另外，根據(jù)需要，底層回路控制系統(tǒng)的采樣頻率設(shè)為0. 1分鐘一次，工藝指標(biāo)的采樣 頻率設(shè)為2分鐘一次，而回路設(shè)定值的刷新頻率設(shè)為10分鐘一次。 圖7為設(shè)計(jì)的基于多變量解耦I(lǐng)MC的磨礦過程運(yùn)行控制系統(tǒng)一段時(shí)間的運(yùn)行效果，圖8為切換機(jī)制的切換序列?？梢钥闯?，在設(shè)定值r二r/階躍變化下，磨礦過程運(yùn)行控制系統(tǒng)的兩路工藝指標(biāo)輸出響應(yīng)ivr2解耦良好，超調(diào)很小。這說明設(shè)計(jì)的解耦I(lǐng)MC運(yùn)行控制系統(tǒng)對強(qiáng)耦合過程能夠有效解耦，并且磨礦工藝指標(biāo)巧，r2均被控制各自的目標(biāo)區(qū)間內(nèi)。另外，在800min到1000min之間，由于礦石硬度突然變硬，造成巧，r2尖峰突變，但是通過回路設(shè)定系統(tǒng)調(diào)節(jié)回路控制器的設(shè)定值，1~1，1~2又很快返回到各自的期望目標(biāo)區(qū)間內(nèi)。這說明設(shè)計(jì)的磨礦過程運(yùn)行控制系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)各種系統(tǒng)干擾的影響，通過對回路設(shè)定值進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，而對被控工藝指標(biāo)進(jìn)行有效控制，從而實(shí)現(xiàn)磨礦過程的優(yōu)化運(yùn)行。
雖然上述所舉磨礦應(yīng)用實(shí)例為兩輸入兩輸出耦合磨礦對象，但對于更為復(fù)雜的高維耦合磨礦對象，只要保證用傳遞函數(shù)矩陣表示的被控過程為穩(wěn)定方陣，即可采用本發(fā)明提供的方法實(shí)現(xiàn)磨礦過程的優(yōu)化運(yùn)行。實(shí)際上，本發(fā)明提供的方法本身就是針對一般高維耦合磨礦對象而提出的。采用本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的磨礦過程運(yùn)行控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于冶金、化工、紡織、建材等其他具有類似多變量、強(qiáng)耦合、多時(shí)滯特性的復(fù)雜工業(yè)過程的運(yùn)行控制中。
權(quán)利要求
一種基于多變量解耦I(lǐng)MC技術(shù)的磨礦過程運(yùn)行控制方法，它包括底層回路控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通信，在上位機(jī)中嵌入上層回路設(shè)定系統(tǒng)，對回路設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整和修正，其特征在于控制方法如下步驟1確定磨礦過程整體運(yùn)行性能工藝指標(biāo)R＝{r1，…，rm}，包括磨礦粒度和磨機(jī)返砂量；步驟2確定磨礦過程工藝指標(biāo)R的過程變量Y＝{y1，…，ym}，包括磨機(jī)新給礦量、泵池加水量；步驟3利用步驟2的結(jié)果，確定單輸入單輸出回路控制策略和操作變量U＝{u1，…，um}，所述的U包括電振給料機(jī)頻率、泵池加水閥門開度；步驟4確定磨礦工藝指標(biāo)的期望和該期望目標(biāo)區(qū)間(R*-ΔR，R*+ΔR)以及邊界約束條件S；步驟5利用測量系統(tǒng)測量出磨礦工藝指標(biāo)R的實(shí)際值，過程變量Y的實(shí)際值，通過下位機(jī)PLC系統(tǒng)及通信網(wǎng)絡(luò)將信息傳送到上位機(jī)回路設(shè)定系統(tǒng)；其中，測量系統(tǒng)是指磨礦工藝指標(biāo)和關(guān)鍵過程變量測量儀，包括粒度計(jì)、稱重儀、流量計(jì)和液位計(jì)；步驟6利用回路設(shè)定控制器確定底層回路控制器設(shè)定值步驟7利用通信網(wǎng)絡(luò)將步驟6的結(jié)果傳送到下位機(jī)PLC系統(tǒng)；步驟8底層回路控制器產(chǎn)生相應(yīng)的控制動(dòng)作U＝{u1，…，um}；步驟9執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行底層回路控制器發(fā)出的控制指令，磨礦運(yùn)行系統(tǒng)快速變化到指定的工況下，獲得期望的磨礦工藝指標(biāo)，其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指用于調(diào)節(jié)Y的器件，包括電振給料機(jī)變頻器和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多變量解耦I(lǐng)MC技術(shù)的磨礦過程運(yùn)行控制方法，其特征在于步驟6所述的回路控制器確定底層回路控制器設(shè)定值Y*的具體步驟如下 步驟6-1 :將回路設(shè)定控制器Ks轉(zhuǎn)化為離散形式； 步驟6-2 :數(shù)據(jù)讀取、輸入與處理； 步驟6-3 :求AR = (R*-R);步驟6-4 :判斷是否滿足AR《A^，即判斷磨礦工藝指標(biāo)R是否目標(biāo)區(qū)間內(nèi)，如果滿足， 則執(zhí)行步驟6-5，否則執(zhí)行步驟6-6 ;步驟6-5 :保留原回路控制器設(shè)定值Y*不變，執(zhí)行步驟6-14 ; 步驟6-6 :由運(yùn)行指標(biāo)模型根據(jù)Y求R的估計(jì)值》； 步驟6-7:計(jì)算Q -》)的值； 步驟6-8:求lf的變化量AR*;步驟6-9 :求[AiT —(及—犬)]的值； 步驟6-10 :根據(jù)^[A^—0 —》)]求Y*;步驟6-11 :判斷Y*是否滿足S的約束條件，如滿足則執(zhí)行步驟6-13，否則執(zhí)行步驟6-12 ;步驟6-12 :卡邊約束處理；步驟6-13 :將Y*傳送給底層回路控制器；步驟6-14:結(jié)束。
全文摘要
一種基于多變量解耦I(lǐng)MC技術(shù)的磨礦過程運(yùn)行控制方法，屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，它包括底層回路控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通信，在上位機(jī)中嵌入上層回路設(shè)定系統(tǒng)，回路設(shè)定系統(tǒng)包括回路設(shè)定控制器、磨礦過程運(yùn)行指標(biāo)模型以及切換機(jī)制，用于對回路設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整和修正，實(shí)現(xiàn)期望的工藝指標(biāo)。本發(fā)明采用分層策略，其中上層回路設(shè)定系統(tǒng)，采用解耦I(lǐng)MC方法，對多變量、強(qiáng)耦合對象有良好的高維解耦能力，對系統(tǒng)廣泛存在的多時(shí)滯特性具有很好的補(bǔ)償作用，另外該控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快、魯棒穩(wěn)定性好、抗干擾能力及容錯(cuò)能力強(qiáng)，指標(biāo)因?yàn)檫^程干擾而發(fā)生動(dòng)態(tài)偏移時(shí)能對回路設(shè)定值進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和修正，另外還設(shè)置有濾波器，能對系統(tǒng)魯棒性能進(jìn)行顯示設(shè)計(jì)。
文檔編號G05B19/418GK101694583SQ20091018786
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者周平, 岳恒, 柴天佑, 鄭秀萍 申請人:東北大學(xué);沈陽東大自動(dòng)化有限公司;