一种半自磨机的功率和轴压控制方法与流程

本发明涉及选矿工艺的半自磨机设备领域，具体涉及一种半自磨机的功率和轴压控制方法。

背景技术：

随着数字化时代的到来，矿山行业对整个采矿、磨矿、选矿的全流程自动化要求的越来越高，同时也对能耗、收益、投入等问题进行了更加深入的思索，半自磨机由于其独特魅力近年来被越来越多的矿山企业，尤其是大型矿山企业，对台时处理量要求较高的矿山现场，大多都引入了半自磨机，但是半自磨机作为一个较为新型的设备，半自磨机的控制具有大滞后、非线性、时变性等特点，同时半自磨机由于部分关键变量难以检测，所以半自磨机控制系统无法建立准确的数学模型，半自磨机又因为所应用场所很特殊，注定会受到各种各样的外部扰动以及工况环境变化较大等特点，导致半自磨机控制系统的模型特性参数和结构多变，使得传统的pid控制难以取得满意的控制特性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种通过采用控制器对影响半自磨机负荷的半自磨机的给矿量、给矿水、半自磨的加球量进行控制，使得半自磨机的功率和轴压保持在最佳磨矿区域的半自磨机的功率和轴压控制方法。

本发明具体采用如下技术方案：

一种半自磨机的功率和轴压控制方法，基于半自磨机的功率和轴压控制系统进行，包括以下步骤，

对半自磨机的功率和轴压值进行设定，半自磨机的功率和轴压设定值与反馈值经过pid控制器处理后输出u1、u2、u3三路控制信号，u1控制信号输入给矿机，u2控制信号输入给矿水阀，u3控制信号输入加球机；

经过调节后的半自磨机的给入量发生变化，轴压传感器采集的半自磨机轴压信号与半自磨机的轴压设定值进行比较，功率变送器采集的半自磨机功率信号与半自磨机的功率设定值进行比较，最后将偏差送入pid控制器中，重复上述步骤；

通过修改pid控制器的参数kp，ki以及kd实时改变系统的动态响应，具体过程如下：

rule1：当系统轴压检测值超过系统的设定值时，先减小给水的ki，观察功率和轴压变化，如果仍然持续升高减少给矿的ki；

rule2：当系统在稳态过程中，轴压出现波动现象，增加给水的kd和给矿的kd；

rule3：当系统轴压检测值发生震荡时，减小给水的kp和给矿的kp之后观察系统情况；

rule4：当系统轴压的检测值对加球干扰信号反应敏锐时，先减少给水的kd和给矿的kd；

rule5：当轴压的上升时间大于轴压上升时间的设定值时，根据功率情况增加给水的ki和给矿的ki；

rule6：如果轴压的上升时间超出上升时间的上限值时，即轴压的上升时间过大，增加给水的kp和给矿的kp；

rule7：当出现轴压的上升时间变大时，先根据rule5调整，如果rule5调整不能解决，再根据rule6调整，即ki调整的优先级高于kp调整的优先级；

根据上述规则，并结合式(1)-(3)对系统的kp，ki以及kd进行调整：

ki＝ki′+{ei,δei}×εi(1)

kd＝kd′+{ei,δei}×εd(2)

kp＝kp′+{ei,δei}×εp(3)

式中，kp，ki以及kd为pid控制器的控制参数，ei,δei为系统的误差以及误差变化率，εi、εd以及εp为系统的修正系数。

优选地，εi、εd以及εp三个参数按照如下规则进行调整：

1)、当系统出现较大超调量时，同时观察系统的响应时间，如果同时响应时间过短，可以εd和εp保持不变，εi减小；

2)、当系统出现较大超调量时，同时观察系统的响应时间，如果同时响应时间过长，可以εd和εp保持不变，εi增加；

3)、当给矿、断矿前后，系统的轴压检测值出现正弦衰减时，εd和εi保持不变，εp减小；

4)、εi、εd以及εp三个修正系数的选取，遵循εd先取较小值，适当调整εi和εp的原则，之后在保持εi和εp不变，增大εd。

优选地，半自磨机的磨音信号经磨音频谱分析仪的磨音信号处理后将磨音信号作为前馈变量参与pid控制器的控制中。

本发明具有如下有益效果：

本方法在保证半自磨机的轴压稳定在设定值范围内，半自磨机的功率也能随之稳定在相应范围内，同时根据半自磨机的给矿量、给水量以及半自磨机的顽石量、半自磨机的磨音等参数的综合分析，明显可以判断出半自磨机处于一个较为稳定的工作状态。

该方法采用pid控制器作为主控单元，集成度高，用户界面友好，能够有效解决选矿工业现场频繁对pid控制参数进行修改，有效的解决了半自磨机的给矿控制、给水控制、加球控制。

该方法采用c#平台进行设计与系统实现，具有良好的可移植性和扩展性，并且很容易对控制参数进行修改，是系统具有较强的健壮性。

该方法可改善劳动环境，降低操作人员的劳动强度，具有良好的推广价值，可以有效节省半自磨机加球量，有效减少钢耗。

附图说明

图1为半自磨机的功率和轴压控制系统示意图；

图2为εi、εd以及εp三个参数调整示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

结合图1，半自磨机的功率和轴压控制方法，基于半自磨机的功率和轴压控制系统进行，系统包括比较器、pid控制器、磨音频谱分析仪、轴压传感器和功率变送器。

半自磨机的功率和轴压控制方法包括以下步骤，

对半自磨机的功率和轴压值进行设定，半自磨机的功率和轴压设定值与反馈值经过pid控制器处理后输出u1、u2、u3三路控制信号，u1控制信号输入给矿机，u2控制信号输入给矿水阀，u3控制信号输入加球机。

经过调节后的半自磨机的给入量发生变化，轴压传感器采集的半自磨机轴压信号与半自磨机的轴压设定值进行比较，功率变送器采集的半自磨机功率信号与半自磨机的功率设定值进行比较，最后将偏差送入pid控制器中，重复上述步骤。

结合图2，通过修改pid控制器的参数kp，ki以及kd实时改变系统的动态响应，具体过程如下：

rule1：当系统轴压检测值超过系统的设定值时，先减小给水的ki，观察功率和轴压变化，如果仍然持续升高减少给矿的ki；

rule2：当系统在稳态过程中，轴压出现波动现象，且认为不可接受情况下，可参考加球情况，适当增加给水的kd和给矿的kd；

rule3：当系统轴压检测值发生震荡时，应该尽快减小给水的kp和给矿的kp之后观察系统情况；

rule4：当系统轴压的检测值对加球等干扰信号反应敏锐时，可以先减少给水的kd和给矿的kd；

rule5：当轴压的上升时间大于轴压上升时间的设定值时，为了让轴压迅速满足控制要求，可以根据功率情况适当增加给水的ki和给矿的ki；

rule6：如果轴压的上升时间超出上升时间的上限值时，即轴压的上升时间过大，可以考虑增加给水的kp和给矿的kp；

rule7：当出现轴压的上升时间变大时，要根据先根据rule5调整，如果rule5调整难以解决，在根据rule6调整，即ki调整的优先级高于kp调整的优先级。

根据上述规则，并结合以下公式对系统的kp，ki以及kd进行调整：

ki＝ki′+{ei,δei}×εi(1)

kd＝kd′+{ei,δei}×εd(2)

kp＝kp′+{ei,δei}×εp(3)

式中，kp，ki以及kd为专家pid的控制参数，ei,δei为系统的误差以及误差变化率，εi、εd以及εp为系统的修正系数。

εi、εd以及εp三个修正系数对于系统也至关重要，根据上述规则对系统参数选定后可以适当调整εi、εd以及εp三个参数，使系统满足要求，这三个参数可以适当参考一下几点进行调整：

1)、当系统出现较大超调量时，同时观察系统的响应时间，如果同时响应时间过短，可以εd和εp保持不变，εi适当减小；

2)、当系统出现较大超调量时，同时观察系统的响应时间，如果同时响应时间过长，可以εd和εp保持不变，εi适当增加；

3)、当给矿、断矿前后，系统的轴压检测值出现正弦衰减时可以，εd和εi保持不变，减小εp进行调整；

4)、εi、εd以及εp三个修正系数的选取一定要确保系统在稳定范围内；

5)、εi、εd以及εp三个修正系数的选取，本着εd先取较小值，适当调整εi和εp，使得系统先具备较好的稳态特性和动态性能，之后在保持εi和εp不变，适当增大εd使系统达到控制要求。

由于在实际应用中受到现场实际因素影响较大，存在一定的噪音和干扰，但是磨音信号确实在一定程度上对半自磨机的控制起到积极作用，尤其是对半自磨机的负荷情况起到了间接的反应，因此半自磨机的磨音信号经磨音频谱分析仪的磨音信号处理后将磨音信号作为前馈变量参与pid控制器的控制中。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。