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1、济南大学毕业设计毕业设计题 目 基于磨机的预测控制器的设计 学 院 自动化与电气工程学院 专 业 测控技术与仪器 班 级 学 生 学 号 指导教师 二一二年六月八日- 1 -目 录目 录- 1 -摘 要- 2 -ABSTRACT- 3 -1前言- 4 -1.1 意义- 5 -1.2 背景- 5 -2粉磨基础及球磨机生产机理- 6 -2.1 粉磨生产过程简述- 6 -2.1.1 粉磨技术发展历史- 6 -2.1.2 粉末设备及工艺- 6 -2.2 球磨机生产系统简介- 7 -2.2.1 球磨机生产工艺流程- 7 -2.2.2 粉磨生产系统工况介绍- 7 -2.2.3 球磨机粉磨过程优化难点分析-
2、 8 -3 预测控制算法理论- 9 -3.1 预测控制理论发展- 9 -3.2 预测控制理论特点- 9 -3.2.1 预测模型- 9 -3.2.2 滚动优化- 10 -3.2.3 反馈校正- 10 -3.3 预测控制理论算法- 10 -3.3.1 模型算法控制- 10 -3.3.2 动态矩阵控制- 11 -3.3.3 广义预测控制- 11 -摘 要球磨机是粉磨生产的重要设备，它耗能大，生产效率地下，因此实现磨机负荷的自动控制，提高粉末效率势在必行；球磨机系统具有多变量、强耦合、非线性等特性。以上两点使得磨机负荷控制成为水泥过程的重点和难点问题。目前国内磨机负荷控制软件采用的控制方法多数是简单的
3、PID控制，难以适应球磨机的工艺特点，且达不到控制要求。自十九世纪末第一台球磨机诞生以来，球磨机因其应用广泛、大功率、大产出的特点在矿业、建材、化工、冶金及电力部门等基础行业的原料粉碎中得到广泛的应用。随之陶瓷工业的发展，球磨机也成为陶瓷工业中粉磨工序中不可缺少的机械设备。本课题对粉磨工艺进行深入了解，在了解粉磨的工业流程后，依托预测控制综合利用历史信息和模型信息,对目标函数不断进行滚动优化,并根据实际测得的对象输出修正或补偿预测模型。这种控制策略更加适用于复杂的工业过程,并在复杂的工业过程中获得了广泛的应用。在磨机系统中加入预测控制器，利用预测控制算法对纯滞后、非线性等系统的有效控制很好的实
4、现了对磨机系统的控制。在MATLAB上根据算法原理搭建模型，完成控制器的设计工作，将控制器用于磨机系统模型的控制，在此基础上进行仿真，在保证系统稳定的前提下，根据实验结果调节控制器参数以使控制效果达到要求。关键词：球磨机；粉磨工艺；预测控制；MATLAB仿真；ABSTRACTBall mill machinel is grinding of important production equipment, it energy consumption, production efficiency, and underground, therefore realizes the mill load
5、of automatic control and improve the efficiency of the powder is imperative, The ball mill system has many variables, strong coupling, nonlinear characteristics. These two make mill load control become cement process the key points and difficulties. At present domestic mill load control software usi
6、ng the control method is the most simple PID control, difficult to adapt to the ball mill, the process characteristics and can not reach the control requirements.Since the late nineteenth century the first ball mill since birth, ball mill widely used because of its high power, the characteristics of
7、 large output, in mining, building materials, chemical industry, metallurgy and power departments and other basic industry raw material crushing widely applied . With the development of ceramics industry, ball mill has become the ceramics industry grinding process of indispensable mechanical equipme
8、n.This topic predictive control based on comprehensive utilization of historical information and information model of target function is continuous rolling optimization, and according to the actual measurement of object output correction or compensation forecast model. This control strategy are more
9、 suited for complex industrial processes, and in the process of industrial complex for a wide range of applications. In the mill system to join predictive controller, using predictive control algorithm for pure time-delay nonlinear system, the effective control good realize the mill system control.I
10、n matlab algorithm theory according to build model, complete controller design work, will controller in grinding machine control system model, and based on this, and simulation in ensure that the system is stable, under the premise of according to the result of the experiment adjust controller param
11、eters in order to make the control effect is achieved.Key words: Ball mill; grinding process; predictive control; MATLAB simulation1前言磨机一直是粉磨物料的关键设备，广泛适用于发电、水泥、选矿、陶瓷、冶金等各个行业。在水泥厂中，两仓或三仓的球磨机一直是主要的粉末设备。磨机是一种大能耗设备，与高能耗同样引人注目的石磨机极低的粉磨效率。对磨机这样一个能耗巨大而能量利用率极低的大型设备，能够进行负荷的自动控制，保证其稳定运行在最佳工况，提高能量利用率，降低电耗，从而降低
12、火电厂和水泥厂的成本，已是势在必行。文献1概述了预测控制与先进的控制算法的结合状况 ,并对存在的问题进行了探讨 ,从理论上分析了其智能化发展趋势和方向。文献2综述了焦炉加热控制的发展，然后通过对焦炉进行深入分析以及对广义预测控制与动态矩阵算法的研究，设计了隐式广义预测自校正控制器，继承了传统广义预测控制算法的优点。文献3针对一类具有非线性特性的复杂被控对象，提出新的适用于具有并行提前多步预测模型的MPC反馈校正策略，讨论了建模前的常规数据预处理以及SVM参数选取对模型精度的影响。文献4根据煮糖过程的物料平衡、能量平衡和生产过程的各种物性参数的机理解析关系建立描述被控生产过程的模型，并以该模型作
13、为对象对煮糖结晶过程实施非线性预测控制仿真，围绕预测模型、反馈校正、滚动优化三项预测控制的基本原理，对非线性预测控制在煮糖结晶过程中的应用进行了深入的研究与探讨。文献5论述了“长鞭效应”的起因以及对供应链的影响,并通过仿真过程形象模拟了长鞭效应及其特征;其次,在总结前人研究成果的基础上,提出了运用模糊控制器对系统进行优化及在传统广义预测控制算法中引入动态矩阵的误差校正方法,提出了一种新的隐式广义预测自校正控制器对系统的优化理论。使用MATLAB对优化控制方案进行了仿真,并通过PID控制的仿真比较,证明了方案的有效性。文献6分析了目前企业成本控制中存在的问题,叙述了现代成本管理理论和成本控制的基
14、本技术和方法，在分析成本控制的三种模式的基础上,分别构建了面向产品生命周期和集成化供应链的成本预测控制模式。将预测控制的思想引入成本控制,提出了以小波神经网络作为模型预测算法,CUSUM控制图作为成本预测控制律的成本控制的体系模型和步骤,而且给出了基于灰色模型的简化算法。文献7针对具有范数有界不确定参数或多面体不确定参数的不确定时滞系统,提出了状态反馈或输出反馈鲁棒预测控制器的设计方法,并分析了闭环系统的可行性和渐近稳定性,得到相应的时滞无关或者时滞相关性条件。文献8对系统的建模误差进行预测，并将其与模型预测相结合构成广义预测控制算法，目的在于抑制模型失配的影响，增强广义预测控制的鲁棒性，仿真
15、结果表明了这一算法的有效性。文献9对当前引起控制界广泛重视的几种预测控制算法进行了比较，对鲁棒性问题、非线性系统控制、多变量系统控制、实用化问题和综合功能预测控制器的研究现状及发展趋势进行了讨论。文献10总结了近年来预测控制在热工过程控制中的研究成果, 仿真研究和实际应用都有力地证明了预测控制可以应用到热工过程控制中去并能取得较好的控制品质。文献11研究了多变量分散型预测控制在应用中的主要问题 ,并提出了在多变量过程控制中采用各子系统分散建模、分散预测控制并辅以基于规则的智能协调 ,以解决多变量系统的解耦和优化控制问题。其工程应用优点是建模简单、优化计算量小并且保证控制的安全性。1.1 意义工业生产的过程是复杂的，我们建立起来的模型也是不完善的。就是理论非常复杂的现代控制理论，其
