黃超+李紹銘

摘 要：礦渣微粉系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)立磨磨機(jī)振動(dòng)較大、不易控制，負(fù)荷波動(dòng)較大、較頻繁等故障，而立磨系統(tǒng)又是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性的工業(yè)系統(tǒng)。鑒于此，提出了用基于自適應(yīng)調(diào)整因子的模糊PID控制器設(shè)計(jì)立磨料層厚度和磨內(nèi)壓差的智能控制方案。仿真結(jié)果表明，該自適應(yīng)模糊PID控制器的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍很廣，且其動(dòng)態(tài)特性、靜態(tài)特性、平穩(wěn)性、魯棒性和抗干擾能力均優(yōu)于人工控制和常規(guī)PID控制。

關(guān)鍵詞：礦渣微粉系統(tǒng)；模糊控制；料層厚度；磨內(nèi)壓差

中圖分類號(hào)：TQ172.6+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.068

當(dāng)前，在我國礦渣微粉工業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)立磨磨機(jī)振動(dòng)過大，負(fù)荷波動(dòng)較大、較頻等故障，對(duì)礦渣微粉生產(chǎn)的連續(xù)性、可控性和穩(wěn)定性造成了極大的影響。本文采用模糊PID控制器設(shè)計(jì)了礦渣微粉智能控制方案，并且通過仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了立磨智能控制算法具有能快速適應(yīng)研究對(duì)象和過程變化的優(yōu)點(diǎn)。

1 立磨運(yùn)行控制要求

在工廠生產(chǎn)中，受立磨磨機(jī)系統(tǒng)控制的參量主要有料層厚度和磨內(nèi)壓差。通常，立磨的正常運(yùn)行是指在確保礦渣微粉的細(xì)度滿足規(guī)定要求的情況下，立磨磨機(jī)的負(fù)荷波動(dòng)和振動(dòng)能極大地減弱，且磨機(jī)的磨內(nèi)壓差處于正常的范圍內(nèi)。

2 礦渣微粉智能控制算法及控制器的設(shè)計(jì)

考慮到工廠實(shí)際生產(chǎn)中存在較多影響因素，因此，必須確保所使用的智能模糊控制器為基于自適應(yīng)調(diào)整因子的模糊PID控制器。

2.1 自適應(yīng)調(diào)整因子模糊控制器

由式（1）可得，模糊PID控制器的參量等同于PID的3個(gè)參量。

2.1.1 模糊PID控制器結(jié)構(gòu)

自適應(yīng)調(diào)整因子模糊PID控制器由模糊控制器、自適應(yīng)調(diào)整機(jī)構(gòu)組成。系統(tǒng)基本原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1.2 自適應(yīng)調(diào)整因子

對(duì)于歸一化誤差加速度這一控制器參量而言，相關(guān)計(jì)算公式如下：

2.2 自適應(yīng)模糊PID控制器的設(shè)計(jì)

2.2.1 模糊PID控制器（FPID）

FPID輸入變量誤差為e，誤差速度為ec，輸出變量為u，ec、u選取的語言變量為{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}，其歸一化論域?yàn)閇-1，1]。根據(jù)真實(shí)的動(dòng)態(tài)范圍，選擇、確定量化因子ke﹑kec和比例因子ku.各個(gè)變量的從屬隸屬度函數(shù)可以采用對(duì)稱、均勻分布、半交疊的三角形形式。采用“IF A and B then C”類型的基本推理語段所建立的模糊控制器準(zhǔn)則如表1所示。

2.2.2 自適應(yīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)

自適應(yīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。自適應(yīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)為一基于歸一化誤差加速度觀測(cè)器的模糊控制器，其相關(guān)計(jì)算公式為：

3 仿真研究

為了證實(shí)本文的設(shè)計(jì)思路是正確的，我們通過人工控制對(duì)常規(guī)PID控制器與本文的自適應(yīng)模糊PID控制器的仿真結(jié)果進(jìn)行了比較。由工廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，礦渣微粉喂料量與立磨料層厚度、磨內(nèi)壓差有相似輸入/輸出的傳遞函數(shù)關(guān)系。我們所選取的一階滯后對(duì)象為：

圖2所示為人工控制誤差近似曲線，圖3所示為一階滯后環(huán)節(jié)在控制器控制下的階躍響應(yīng)曲線（藍(lán)線為常規(guī)PID控制器，紅線為自適應(yīng)模糊PID控制器）。

由圖2可知，人工控制的誤差波動(dòng)較大，穩(wěn)定性較差。由圖3可知，常規(guī)PID控制器有較大的超調(diào)量，并伴有震蕩；自適應(yīng)模糊PID控制器只有很少的超調(diào)量，并很快進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。

4 總結(jié)

本文提出了一種用自適應(yīng)模糊PID控制器來控制礦渣微粉料層厚度、磨內(nèi)壓差的方案。仿真結(jié)果表明，基于自適應(yīng)調(diào)整因子的模糊PID控制器具有較廣的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍，且動(dòng)靜態(tài)特性、魯棒性、抗干擾能力等均優(yōu)于人工控制和常規(guī)PID控制，在控制礦渣微粉料層厚度和磨內(nèi)壓差上更具實(shí)用性、有效性和優(yōu)越性。

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〔編輯：劉曉芳〕