復雜磨礦過程運行反饋控制方法及應用研究.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％，生產成本約占40～60％。磨礦運行指標即磨礦產品粒度（質量指標）、磨礦生產效率等決定著選礦精礦品位的好壞和生產能力的高低，并與選廠經濟技術指標密切相關。長期以來，磨礦過程控制與優(yōu)化被認為是提高磨礦產品質量與生產效率

2、以及整個選廠經濟利潤的關鍵，一直受到國內外學者的關注和重視。以多回路PI/PID和多變量預測控制為主的控制技術均一定程度達到了調控局部單元的磨礦設備，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效率等運行指標的優(yōu)化。因此，將復雜磨礦生產與各個磨礦設備作為緊密聯(lián)系的整體，構建磨礦整體運行的分層反饋

3、控制結構，實現(xiàn)控制指標、運行指標以及經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聯(lián)耦合。磨礦運行指標不僅與回路控制的關鍵過程變量密切相關，并且其動態(tài)特性還受原礦成份與性質、生產技術規(guī)范與操作規(guī)范、設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)設定加底層基礎反饋控制

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)應用。
　　論文從經濟全球化背景下的現(xiàn)代選礦企業(yè)對提高產品質量與生產效率以及節(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反饋控制層次反饋控制結構的磨礦過程運行反饋控制方法及其應用的研究，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比較穩(wěn)定、給礦粒級較窄、可以建立過程的近似數學模型，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，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)設計方法。在此基礎上，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技術的單變量本質，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)設計方法。在此基礎上，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，難以建立過程數學模型，研究基于數據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，充分利用數據與知識，采用分層反饋結構，提出由基于案例推理(CBR)的回路預設定模型、磨礦粒度動態(tài)神經網絡(ANN)在線軟測量以及回路設定值模糊動態(tài)調節(jié)構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％，并使磨礦生產經濟利潤增加～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，提出具有回路設定值自適應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)測與調節(jié)等結構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成的磨礦