[发明专利]一种基于模糊PID算法的立磨智能控制系统

说明书

[技术领域]

本发明涉及生产设备控制技术领域，具体是一种基于模糊PID算法的立磨智能控制系统。

[背景技术]

立磨是一种理想的大型粉磨设备，广泛应用于水泥、电力、冶金、化工、非金 属矿等行业。其依据料床粉磨原理，利用磨盘与磨辊的相对运动来粉磨物料的一种机械，集破碎、干燥、粉磨、分级输送于一体，生产效率高，可将块状、颗粒状及粉状原料磨成所要求的粉状物料。立磨作为粉磨生产过程中的一种重要设备，除了用途广泛外还具有烘干效率高、喂料粒度大、占地面积小、磨耗低、电耗低等优点。但在磨机的实际投入生产过程中，由于各种因素的存在和互相作用影响，磨机经常出现异常振动、吐渣、空磨、功耗增大等故障，尤其以磨机异常振动最为常见，严重影响磨机生产的效率和产品质量，不够安全可靠。

另外，由于立磨集粉磨、烘干、输运、选粉等功能于一体，是一个多变量、耦合性强、非线性的复杂系统，加之又受到其它外部因素的影响，因此立磨粉磨、输运、选粉过程中的数学模型难以建立，给立磨的优化控制带来很大的困难。影响立磨粉磨整体性能的因素很多，因此，如何有效地提高立磨粉磨的整体性能，从而大大降低磨机的非正常振动以及如何将各个因素统筹考虑，各个控制环节有机结合在一起，以实现各个设备参数的优化控制成为当前立磨控制系统研究中的重要一部分。但现有技术中还没有一种有效的优化控制方案来提高立磨粉磨生产过程中的效率和稳定性。

目前，国内大多数厂家对立磨控制是根据操作人员的经验，采用手动调节立磨运行参数。然而这种手动调节运行参数的方法，控制效果不理想，经常出现波动，难以达到工艺要求和分选效率。而由于立磨系统的时变性、强耦合性及非线性，传统的PID控制也难以获得理想的效果。且传统PID控制是基于误差反馈控制，在系统稳定时，系统输出和控制量存在稳态误差，从而直接影响生产产品的质量及生产过程中的安全性。

[发明内容]

本发明的目的就是为了解决现有技术中的不足和缺陷，提供一种结构新颖、安全可靠，能有效克服磨机耦合性强、多变量、非线性等影响因素，实现磨机稳定运行的基于模糊PID算法的立磨智能控制系统。

为实现上述目的，提供一种基于模糊PID算法的立磨智能控制系统，包括立磨机、除尘器和喂料装置，所述的喂料装置包括下料器、抖提机和储存料仓，其特征在于立磨机底部进风口通过管道连接风机，所述的进风口和风机之间的管道上设有冷风装置和热风炉，冷风装置和热风炉上分别设有冷风调节阀和热风调节阀，所述的喂料装置上设有立磨料层模糊PID控制器，所述的冷风调节阀上设有磨内压差模糊PID控制器。

所述的立磨料层模糊PID控制器和磨内压差模糊PID控制器内分别设有立磨料层厚度控制模块和磨内压差控制模块。

首先依据立磨系统的运行参数，判断立磨的运行状态，若立磨运行参数没有处在合理范围内，系统出现故障，则设定为手动调节模式，若立磨运行状态正常，则启动立磨料层厚度和磨内压差控制模块，采用模糊PID算法控制料层厚度和磨内压差，其中以立磨料层厚度控制回路为主，磨内压差控制回路为辅。

所述的运行参数包括磨机喂料量、料层厚度、磨机振动、出入磨热风温度、磨机内进出口压差、选粉机转速，根据各参数的范围，磨机分为正常状况和异常状况，立磨运行参数都处在合理的范围内，立磨处于正常状况，反之立磨处于异常状况，此时立磨出现振动量过大停机、吐渣量大、磨内压差不稳定现象。

所述的立磨料层厚度控制模块以给定的料层厚度与现场测量值的偏差e和偏差变化率Δe作为输入变量，PID控制器的参数K_p、K_i、K_d作为输出量，对PID调节器进行控制，通过调节喂料量的大小使磨机料层稳定，该模糊PID控制器算法包括以下步骤：

（1）采集现场料层的厚度值；

（2）计算现场采集数据与设定值的偏差e和偏差变化率Δe；

（3）输入变量偏差e和偏差变化率Δe的基本论域为[-e_max,e_max]、[-Δe_max, Δe_max]，输出变量u的基本论域为[-u_max,u_max]，将偏差e、偏差变化率Δe及输出变量u模糊化，其模糊子集为E,EC,U={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，在对E、EC、U的论域精确量离散化，即E，EC，U＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}，则输入量化因子为，