[发明专利]一种矿山充填浆料浓度高精度控制方法

说明书

本发明涉及一种矿山充填浆料浓度高精度控制方法，包括：采用三阶滞后系统对浆料生产过程进行描述，并将该系统分解为骨料输送过程、骨料和胶结物搅拌过程两个小系统；通过引入误差，和新的变量，建立了面向控制的、形式上无时滞的增广误差系统。在此基础上，分别应用最优控制理论设计搅拌过程的控制律和输送过程的控制律。本发明充分利用系统的自身特性和输出目标信号的未来信息，能够有效减少浆料浓度的波动，为高质量的充填提供保证，解决了当前矿山充填浆料生产过程中存在的控制技术问题。本发明着眼于工程实际问题，成果将为矿山充填浆料生产提供理论参考，对减少浆料浓度波动提高充填质量具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及过程控制技术领域，尤其涉及一种矿山充填浆料浓度高精度控制方法。

背景技术

目前，随着我国经济的快速发展，社会对矿产资源的需求日益增大。然而，矿产资源开采对环境的破坏和废料的排放也愈发严重，极大地影响了我国的自然生态环境，甚至阻碍了开发地的经济发展。随着国家对经济可持续发展的越来越重视，加大了对环境保护的力度，要求采矿企业重视生产技术的改造，将经济效益和环境保护统一起来。

充填采矿法是一种新的开采方式，是指在矿产资源开采过程中，对采空区用特定材料进行填充。这样处理的好处是，一方面对采空区围岩提供强有力的支撑，另一方面为相邻矿体开采提供一定的条件。与其他采矿方法相比，如崩落法或空场法，该方法具有明显的优势和本质的区别，对矿床开采安全性、环境保护、资源回收等方面具有重要的意义。

矿山充填技术能有效解决采矿过程中的环境破坏问题，同时也提高了尾矿的利用率，综合效益高。由此可见，充填是矿山开采过程中重要的一环，它可以利用采矿所产生的尾矿作为骨料，然后与其他材料进行混合胶结，最终得到用于充填的浆料。特别需要指出的是，浆料浓度的控制对充填质量的影响至关重要，要求浓度保持恒定，波动范围要小。但是，浆料生产过程复杂，而且是一个大时滞系统。因此，要对浆料生产中的浓度实现高精度控制面临着巨大的挑战。

现阶段，鉴于浆料生产过程的复杂性，要建立起精确数学模型存在着较大困难。为此，大多数浆料浓度控制系统采用PID控制或类PID控制方式，属于无模型控制方案。虽然该类型控制方案能根据浓度偏差进行有效控制，无需建立对象的数学模型，在工程中易于实现。但是，针对矿山充填浆料浓度控制，这类控制策略存在着如下不足：

(1)PID控制是基于偏差的方法，直接以目标输出和被控对象实际输出之间的偏差构建控制律，虽简单但不完全合理，有可能使得系统初始误差非常大，进而使得系统初始控制作用很大，导致超调严重。另外，由于缺乏系统的数学模型，使得对比例系数、积分系数和微分系数的整定存在较大困难，实际中这三个系数通常人为确定，这使得系统性能易受设计者工程经验的影响，同时也影响系统的动态性能。

(2)浆料生产过程是一个大时滞系统，由于控制作用的延迟，对其采用PID控制，使得系统的被控输出受到扰动影响时而控制校正不及时，输出容易发生波动，甚至影响到整个系统的稳定性。

(3)系统信息利用不充分，PID控制利用当前偏差信号进行比例和微分运算，通过积分运算使用了过去信息，综合起来其只使用过去和当前的信息，没有利用目标信号已知的条件，没有对未来信息加以利用，从而影响系统控制性能的提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种矿山充填浆料浓度高精度控制方法，以减少浆料浓度的波动，为高质量的充填提供保证。

为解决上述问题，本发明所述的矿山充填浆料浓度高精度控制方法，该方法包括：

S1、采用三阶滞后系统对浆料生产过程进行描述，并将该系统分解为骨料输送过程、骨料和胶结物搅拌过程两个小系统，以及确定这两个小系统的传递函数：

S2、对搅拌过程的传递函数进行以下S21-S25的操作，得到相应的搅拌过程的控制律u(k)：