復雜磨礦過程運行反饋控制方法及應(yīng)用研究.pdf

1、冶金選礦中，磨礦是任何一種金屬選別的先決工序。其作用就是將大顆粒礦物原料粉碎到適宜粒度，使有用礦物與脈石單體解離或不同有用礦物相互解離，為后續(xù)選別提供原料。磨礦是典型的高能耗、低效率過程，其電能消耗約占整個選廠的45～70％，生產(chǎn)成本約占40～60％。磨礦運行指標即磨礦產(chǎn)品粒度（質(zhì)量指標）、磨礦生產(chǎn)效率等決定著選礦精礦品位的好壞和生產(chǎn)能力的高低，并與選廠經(jīng)濟技術(shù)指標密切相關(guān)。長期以來，磨礦過程控制與優(yōu)化被認為是提高磨礦產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率

2、以及整個選廠經(jīng)濟利潤的關(guān)鍵，一直受到國內(nèi)外學者的關(guān)注和重視。以多回路PI/PID和多變量預測控制為主的控制技術(shù)均一定程度達到了調(diào)控局部單元的磨礦設(shè)備，使其按照期望目標運行的目的。然而，從過程工程的角度來看，磨礦自動控制不僅僅是使局部單元磨礦裝置系統(tǒng)盡可能好地跟蹤期望設(shè)定值，而且要控制整個過程運行，實現(xiàn)表征過程整體運行性能的磨礦粒度與生產(chǎn)效率等運行指標的優(yōu)化。因此，將復雜磨礦生產(chǎn)與各個磨礦設(shè)備作為緊密聯(lián)系的整體，構(gòu)建磨礦整體運行的分層反饋

3、控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)控制指標、運行指標以及經(jīng)濟性能指標的集成控制與優(yōu)化，是各個選礦企業(yè)提高自身市場競爭力的重要手段。
　　磨礦過程流程長、滯后大、影響因素眾多且彼此相互制約和關(guān)聯(lián)耦合。磨礦運行指標不僅與回路控制的關(guān)鍵過程變量密切相關(guān)，并且其動態(tài)特性還受原礦成份與性質(zhì)、生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范與操作規(guī)范、設(shè)備能力以及各種未知動態(tài)干擾的影響，具有較強時變特性。因此，磨礦過程運行控制研究具有挑戰(zhàn)性且方法較少?，F(xiàn)有方法大多采用上層開環(huán)設(shè)定加底層基礎(chǔ)反饋控制

4、的運行控制模式，沒有真正意義實現(xiàn)磨礦運行指標的上層閉環(huán)反饋控制。當外部干擾和運行環(huán)境動態(tài)變化時，難以對運行過程做出及時準確調(diào)整，因而難以實現(xiàn)過程的優(yōu)化運行。為此，必須利用實時或者間歇性的磨礦運行指標反饋信息，研究實現(xiàn)運行指標上層閉環(huán)控制的磨礦過程運行反饋控制方法及工業(yè)應(yīng)用。
　　論文從經(jīng)濟全球化背景下的現(xiàn)代選礦企業(yè)對提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率以及節(jié)能降耗的迫切需求出發(fā)，依托國家自然科學基金青年項目(61104084)、國家973計劃項

5、目(2009CB320601)以及中央高校創(chuàng)新基金項目(N090608001)，開展具有運行反饋控制和基礎(chǔ)反饋控制層次反饋控制結(jié)構(gòu)的磨礦過程運行反饋控制方法及其應(yīng)用的研究，具體如下：
　　1.針對國際通用的一段棒磨開路、二段球磨-水力旋流器閉路磨礦的原礦石成份與性質(zhì)比較穩(wěn)定、給礦粒級較窄、可以建立過程的近似數(shù)學模型，研究基于模型的運行反饋控制方法及與已有MPC方法的仿真比較研究:
　　1)針對磨礦過程的多運行指標及其測量反饋

6、大時滯特性，提出基于改進兩自由度(2-DOF)解析解耦的運行反饋控制方法。針對具有多變量及多輸入輸出時滯特性的運行過程模型，為了設(shè)計能夠物理實現(xiàn)的2-DOF運行控制系統(tǒng)，提出基于頻域多點階躍響應(yīng)匹配的高階多時滯系統(tǒng)的模型近似方法。磨礦過程的仿真應(yīng)用及比較驗證了所提方法的有效性和先進性。
　　2)針對磨礦過程運行性能受各種未知動態(tài)干擾（如原材料性質(zhì)的波動）影響，以及常規(guī)基于MPC運行反饋控制方法干擾抑制性能的不足，引入干擾觀測(DO

7、B)技術(shù)，研究基于DOB-MPC的集成運行反饋控制方法:
　　A.針對已有單變量DOB設(shè)計僅適用于最小相位時滯或非時滯系統(tǒng)，提出非最小相位時滯系統(tǒng)的改進DOB(IDOB)設(shè)計方法。在此基礎(chǔ)上，提出基于IDOB-MPC的集成運行反饋控制方法。在磨礦過程的設(shè)計實例及仿真實驗表明所提方法在動態(tài)環(huán)境下的干擾抑制和干擾觀測方面均優(yōu)于常規(guī)基于MPC的運行反饋控制方法。
　　B.針對已有DOB技術(shù)的單變量本質(zhì)，借助于提出的模型近似算法，提

8、出基于MIMO系統(tǒng)近似逆的多變量DOB(MDOB)設(shè)計方法。在此基礎(chǔ)上，提出基于MDOB-MPC的集成運行反饋控制方法。與已有磨礦運行反饋控制方法的仿真比較表明:所提方法在干擾抑制、干擾觀測以及整體運行控制性能方面均優(yōu)于IDOB-MPC、改進2-DOF解析解耦以及常規(guī)MPC的運行反饋控制方法。
　　2.針對我國廣泛使用的赤鐵礦閉路磨礦的原礦石性質(zhì)與成份復雜且不穩(wěn)定、嵌布粒度細，磨礦運行指標難以在線測量且過程具有工況時變等綜合復雜特

9、性，難以建立過程數(shù)學模型，研究基于數(shù)據(jù)與知識的復雜磨礦過程智能運行反饋控制方法:
　　1)針對赤鐵礦兩段全閉路復雜磨礦，將建模與控制相集成，充分利用數(shù)據(jù)與知識，采用分層反饋結(jié)構(gòu)，提出由基于案例推理(CBR)的回路預設(shè)定模型、磨礦粒度動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)在線軟測量以及回路設(shè)定值模糊動態(tài)調(diào)節(jié)構(gòu)成的磨礦智能運行反饋控制方法。在某大型赤鐵礦選廠的工業(yè)試驗及應(yīng)用表明:所提方法穩(wěn)定并優(yōu)化了磨礦粒度，提高磨礦作業(yè)率～2.78％、臺時處理量～4

10、.42％，并使磨礦生產(chǎn)經(jīng)濟利潤增加～930萬元/年。
　　2)針對赤鐵礦閉路磨礦運行因過負荷故障工況而影響系統(tǒng)運行安全的問題，提出具有回路設(shè)定值自適應(yīng)QP優(yōu)化、磨礦粒度在線軟測量、多變量智能反饋校正以及磨機過負荷故障工況在線監(jiān)測與調(diào)節(jié)等結(jié)構(gòu)的磨礦過程運行安全與優(yōu)化的智能運行控制方法。考慮到前述單一ANN粒度軟測量的精度和可靠性不足，提出由基于CBR的粒度軟測量、基于ANN的粒度軟測量、軟測量可信度因子求解以及最終粒度求解構(gòu)成的磨礦