一種球磨機(jī)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及球磨機(jī)的磨礦控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種球磨機(jī)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 磨礦是選礦過程中的一道重要工藝，球磨機(jī)是一種重要的磨礦設(shè)備。通過球磨機(jī) 的磨礦實(shí)現(xiàn)礦石中礦物分離，為下一步浮選或者磁選做準(zhǔn)備。礦物磨得細(xì)度不夠，就會(huì)導(dǎo)致 有用礦物分離的不完全，最終影響礦石的品味；礦物如果磨過頭，就會(huì)產(chǎn)生礦泥，同樣會(huì)影 響有效成分的回收。磨礦濃度的過高或者過低都會(huì)影響到下一道工序浮選的效果。目前球 磨機(jī)的控制方法主要分為兩類。一種是人工控制，人工控制受到操作人員的影響很大，磨礦 的效果不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生"漲肚"事故。另外一種是根據(jù)溢流粒度的偏差通過PID控制方法 求出對(duì)應(yīng)的給礦量和給水量，而球磨過程滯后時(shí)間長(zhǎng)，存在非線性因素，控制變量之間存在 耦合，PID控制方法對(duì)此類控制系統(tǒng)效果不盡如人意。為了提高球磨機(jī)磨礦的質(zhì)量、提高其 效率、降低其能耗，研發(fā)一種球磨機(jī)的控制方法及裝置具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種球磨機(jī)控制方法。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種球磨機(jī)控制方法，其特征 在于，求解以下目標(biāo)函數(shù)J的最小值對(duì)應(yīng)的最優(yōu)控制量將的第一部分u(t)作為 最優(yōu)的給礦速度和給水流量，從而控制球磨機(jī)的溢流粒度和排礦率：
[0006]其中，
[0008] u0(t_l) = [u(t_l)Tu(t_l)T ...u(t_l)T]T，
[0009]
[0010] 上述公式中
；1是2X2的單位矩 陣；11_，11_分別表示控制量U(t)的最小值與最大值，U(t) = [ujt)ujt)]1，!^!：)為t時(shí) 刻的球磨機(jī)的給礦速度，單位為kg/min，u2(t)為t時(shí)刻的球磨機(jī)的給水流量，單位為m3/h; 711^，7111?分別表示輸出量7(1:)的最小值與最大值，7( 1:) = [7 1(1:)72(1:)]1，71(1:)為 1:時(shí)刻 的磨礦的溢流粒度，y2(t)為t時(shí)刻的排礦率，單位為kg/min;Aumin,Aumax分別表示控制增 量Au(m)的最小值與最大值，Au(m) =u(m)-u(m-l),m=t,. . . ,t+Nu-l，Nu是控制時(shí)域；
中的未知元素利用ARX模型
和最小二乘 法辨識(shí)求得，
分別為y(t)、u(t)對(duì)應(yīng)的階次，e(t)是2X1的白噪聲，且與y(t)和u(t)都線性無(wú)關(guān)；Q是期望輸出與球磨機(jī)磨礦過程ARX模型預(yù)測(cè)輸出偏 差權(quán)重系數(shù)矩陣，&是u(t)權(quán)重系數(shù)矩陣，R2是AuGii)權(quán)重系數(shù)矩陣；
;.1' (0 為t 時(shí)刻的期望輸出。
[0011] AjpBj中的參數(shù)辨識(shí)方法如下：將需要辨識(shí)的參數(shù)集合成一向量
并將t-1時(shí)刻的輸入輸出數(shù)據(jù)整合成向 量
，定義
，則根據(jù)最 小二乘法，向量s的估計(jì)值為
將s的估計(jì)值作為球磨機(jī)磨礦過程ARX 模型的最佳參數(shù)，即得到參數(shù)。
[0012] nu，ny的求解方法為：先選擇多組nu，ny，根據(jù)設(shè)定函數(shù)AIC= Nlog 〇 2+2d，其 中〇2為噪聲方差，N是采集的溢流粒度、排礦率、給礦速度、給礦流量辨識(shí)數(shù)據(jù)的組數(shù)， N?max (ny,nu)，d= 4*nu+4*ny+2 ;求得不同nu，ny組合下的AIC值，當(dāng)AIC最小時(shí)對(duì)應(yīng)的nu， ny，為最佳的nu，ny
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)球磨機(jī)的自動(dòng)控 制，避免人工控制產(chǎn)生的不確定因素導(dǎo)致的磨礦效果的不確定；本發(fā)明采用的預(yù)測(cè)控制方 法能夠同時(shí)控制給礦速度和給水流量，避免了通過溢流粒度偏差分別進(jìn)行PID控制時(shí)，給 礦速率和給水流量控制存在的相互干擾的情況；通過建立球磨機(jī)磨礦的數(shù)學(xué)模型，提前預(yù) 測(cè)球磨機(jī)的磨礦溢流粒度和排礦量，提前控制球磨機(jī)的給礦速度和給水流量，保證了球磨 機(jī)的磨溢流礦粒度和工作效率；當(dāng)模型出現(xiàn)偏差時(shí)，通過誤差補(bǔ)償，減少了模型誤差的影 響，同時(shí)能夠減少各種干擾造成的影響。
【附圖說明】
[0014] 圖1為球磨機(jī)磨礦工藝流程圖。
[0015] 圖2為球磨機(jī)磨礦過程預(yù)測(cè)控制的結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖3為給礦速度控制原理圖。
[0017] 圖4為給水流量控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 球磨機(jī)磨礦的工藝流程圖如圖1所示。球磨機(jī)的磨礦回路主要由一個(gè)溢流型球磨 機(jī)、一個(gè)泵池、一個(gè)水力旋流分級(jí)器等設(shè)備組成。礦石通過給料機(jī)進(jìn)入球磨機(jī)，同時(shí)球磨機(jī) 入口有給水流入，礦石在球磨機(jī)中通過研磨形成礦漿進(jìn)入泵池，由泵提升至水力旋流分級(jí) 器。分級(jí)細(xì)粒度級(jí)礦漿送入浮選等后續(xù)工序，粗粒級(jí)重新返回球磨機(jī)再次進(jìn)行研磨。
[0019] 本發(fā)明通過皮帶秤測(cè)量實(shí)際的給礦速度，通過流量計(jì)來(lái)測(cè)量實(shí)際的給水流量，控 制實(shí)際的給礦速度和實(shí)際的給水流量，磨礦的溢流粒度通過粒度分析儀獲得，在球磨機(jī)最 大的驅(qū)動(dòng)能力下使磨礦的溢流粒度和排礦率達(dá)到設(shè)定的值。采集的這些數(shù)據(jù)通過PLC最終 通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)傳輸給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中完成控制計(jì)算，計(jì)算出最佳給 礦速度和給水流量，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過通網(wǎng)絡(luò)將這些值發(fā)送給PLC，PLC控制實(shí)際的給礦 速度、給水流量與給定的給礦速度、給水流量保持一致。
[0020] 球磨機(jī)的控制主要包含給礦速度的控制、給水流量的控制、磨礦溢流粒度和排礦 量的控制。給礦速度主要有皮帶秤、變頻器、給料電機(jī)、稱重傳感器等組成的稱量系統(tǒng)控制。 給水流量的控制主要與給水閥門的開度相關(guān)，可通過PID控制實(shí)現(xiàn)。影響磨礦溢流粒度和 排礦率的因素較多如實(shí)際的給礦速度、實(shí)際的給水流量、礦石的粒度等各種因素，其中影響 最大的為實(shí)際的給礦量和實(shí)際的給水流量。磨礦溢流粒度用低于某一粒度（該粒度值根據(jù) 礦石種類等實(shí)際情況選定）的固體顆粒的質(zhì)量百分含量表示。
[0021] 首先采集球磨機(jī)在過去運(yùn)行的數(shù)據(jù)，包括實(shí)際的給礦速度，實(shí)際的給水流量，實(shí)際 的磨礦的溢流粒度和排礦率。根據(jù)采集球磨機(jī)的輸入輸出數(shù)據(jù)建立球磨機(jī)磨礦過程的ARX 模型，具體如下
[0023]公式中y(t) = [yjt)y2(t)]T，u(t) = [ujt)u2(t)]T;e(t)是 2X1 的白噪聲， 它與y(t)和u(t)都線性無(wú)關(guān)；ny,nu為輸出、輸入對(duì)應(yīng)的階次；yi(t)為t時(shí)刻的磨礦的溢 流粒度，⑴為t時(shí)刻的排礦率，單位為kg/min;+(!:)為t時(shí)刻的球磨機(jī)的給礦速度，單 位為kg/min，u2(t)為t時(shí)刻的球磨機(jī)的給水流量，單位為m3/h。〇, 4…七..，#? 的表 示形式如下
[0025] 對(duì)公式（1)進(jìn)行變形可得到如下公式：
[0027] 對(duì)公式（2)，需通過最小二乘法可辨識(shí)出其中的AAi 和h中的參數(shù)。為方便求解，將需要辨識(shí)的參數(shù)集合成一向量
，并將t_l時(shí)刻的輸入輸出數(shù)據(jù)整合成向量
[0028] 定義
則根據(jù)最小二乘法向量S的估計(jì)值為
，將S的估計(jì)值作為球磨機(jī)磨礦 過程的ARX模型的最佳參數(shù)，即得到〇,化和B」參數(shù)。
[0029] 在實(shí)際應(yīng)用中可以先確定多組nu，ny，通過公式（3)求出不同階次下的赤信息準(zhǔn)則 (AIC)值，取AIC值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的nu，ny為最佳模型階次。
[0030]AIC表示如下：
[0031]AIC=Nlogo2+2d (3)
[0032] 其中〇 2為噪聲方差，該值可以在最小二乘法辨識(shí)過程中得到，N是采集的溢流粒 度、排礦率、給礦速度、給礦流量辨識(shí)數(shù)據(jù)的組數(shù)，如t時(shí)刻的溢流粒度、排礦率、給礦速度、 給礦流量為1組，N?maX(ny，nu)，d是待辨識(shí)的參數(shù)個(gè)數(shù)總和。對(duì)于磨礦過程的ARX模型需 要辨識(shí)的參數(shù)的總和為d= 4*nu+4*ny+2。
[0033] 將公式（2)根據(jù)公式（4)選取的狀態(tài)變量可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣剑?)球磨機(jī)磨礦過程的 狀態(tài)空間模型
[0036]公式中
[0038] 公式（7)中alj，k+i_1，blj，k+i_1為公式⑵中通過最小二乘法辨識(shí)出來(lái)的球磨機(jī)磨礦 過程的ARX模型的系數(shù)。沐X】，…表示球磨機(jī)磨礦過程的狀態(tài)空間模型的狀態(tài)變量。
[0039] 為了減少建立的磨礦過程的模型不匹配導(dǎo)致的偏差，將采集的當(dāng)前的磨礦溢流 粒度、排礦率即ys(t)與前一次通過磨礦過程的ARX模型預(yù)測(cè)的磨礦溢流粒度、排礦率即y(t)進(jìn)行對(duì)比，將偏差（ys(t)-y(t))補(bǔ)償?shù)侥サV過程ARX模型中，即t+1時(shí)刻的模型輸出 y(t+l)+ys(t)_y⑴。