CN105344459B - 一种用于雷蒙磨粉碎工艺的抗干扰控制方法 - Google Patents
一种用于雷蒙磨粉碎工艺的抗干扰控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于雷蒙磨粉碎工艺的控制方法，使用电流互感器实时检测雷蒙磨主机电流，并通过PLC控制器送到上位机数据库中，上位机运行抗干扰控制方法得到控制量，并通过PLC控制器控制电磁振动给料机控制进料速度来完成雷蒙磨粉碎工艺的自动化控制，所述控制方法采用扰动观测器构成的前馈控制器和传统的PID构成的反馈控制器相结合，根据扰动观测器的输出和PID控制器的输出共同决定下一时刻电磁振动给料机的给料速度。本发明提供使用扰动观测器对进料矿石尺寸波动和进料矿石硬度波动等外界干扰以及模型参数不匹配等内部干扰进行有效估计，从而在大的外部干扰的环境中可以很好的控制住主机电流，稳定产品质量，减少停机时间提高产量。
Description
技术领域
本发明涉及一种雷蒙磨粉碎工艺的抗干扰控制方法，尤其是一种使用干扰观测器提高产品质量减少关机时间的控制方法。
背景技术
现代工业中，碳化硅是重要的非金属矿产品，广泛应用于半导体、太阳能、化工、机械、磨具、电子、冶金、陶瓷、光电材料等行业。碳化硅俗名金刚砂，化学式SiC，无色晶体，结构与金刚石相似，每个硅原子被4个碳原子包围，硬度仅次于金刚石，耐磨、耐高温、耐化学腐蚀，有较好的导电导热性。其中，硅晶片线切割用碳化硅微粉属于高端硅产品，在国际市场呈现出良好的需求态势，市场潜力很大，而且随着我国太阳能和IC芯片等高科技产业突飞猛进的发展，对线切割碳化硅微粉需求量远远超过我国生产能力，并保持着旺盛的增长势头。硅晶片线切割用碳化硅微粉产品对于分级精度高低和一致性要求性很高，目前只有少数国外企业掌握了其制造技术，如日本的FUJIMI株式会社等。而且其分级精度高低直接决定了微粉产品的等级、档次，不同等级的碳化硅微粉的价格相差很大，精分级后的碳化硅微粉的国际市场价格通常为普通碳化硅微粉桶料价格的10倍以上。
在碳化硅微粉的生产过程中，粉碎、提纯、分级是三大重要的工序。其中，雷蒙磨粉碎系统是整个生产线的核心之一，其输出产品的好坏对后续的提纯、分级工艺起到非常大的影响，也最终影响到碳化硅微粉产品的质量和产量。目前国内的雷蒙磨粉碎生产线自动化程度偏低，部分厂家还使用工人手动的进行开关控制，生产能耗很大(经常需要更换磨辊)、故障率高(常造成堵塞和烧毁电机)、分级效率低，影响到微粉产量和质量稳定性，不能满足规模化生产的要求。另外即使一些厂家采用自动控制，也多是采用常参数的PID控制，当磨机进料矿石尺寸和硬度变化比较大的时候，雷蒙磨主机电流也会有很大的变化，不利于产品质量的稳定，加大磨辊等的损耗，严重时会烧毁电机影响生产。随着市场前景的不断看好，企业生产规模的不断扩大，对微粉产量和质量需求的不断提高，对雷蒙磨粉碎系统的精细化控制，特别是抗干扰控制的研究显得非常重要。
发明内容
发明目的：针对现有控制方法在面对进料矿石尺寸和硬度变化较大等外界干扰，以及内部工况变化和给料机非线性等使得常参数的PID控制算法不能很好适应等情况时，不能很好的稳定控制雷蒙磨的主机电流、稳定产品质量和产量的问题，本发明提出一种雷蒙磨粉碎工艺的抗干扰控制方法，使用干扰观测器提高产品质量减少关机时间。
技术方案：本发明提出一种雷蒙磨粉碎工艺的抗干扰控制方法，使用电流互感器实时检测雷蒙磨主机电流，并通过PLC控制器送到上位机数据库中，上位机运行抗干扰控制方法得出控制量，并通过PLC控制器控制电磁振动给料机来控制进料速度，最终完成雷蒙磨粉碎工艺的自动化控制。所述控制方法采用扰动观测器构成的前馈控制器和传统的PID构成的反馈控制器相结合，通过扰动观测器的输出和PID控制器的输出共同决定下一时刻电磁振动给料机的给料速度，具体计算公式如下：
式中，X(s)为给料速度，M(s)为PID控制器的控制输出，为扰动观测器的输出；
M(s)和表示如下：
式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，r(s)为主机电流设定值，Y(s)为雷蒙磨的主机电流，gn(s)为过程通道标称模型的最小相位部分，θn为标称模型的时延，H(s)为扰动观测器中使用的滤波器；
Y(s)表示如下：
Y(s)＝Gc(s)M(s)+Gd(s)Dex(s) (4)
式中，Gc(s)为控制通道的传递函数，Gd(s)为扰动通道的传递函数，Dex(s)为矿石硬度变化和矿石尺寸变化等外界扰动量；
Gc(s)和Gd(s)表示如下：
式中，g(s)为过程通道传递函数的最小相位部分，θ为时延。
所述扰动观测器中的滤波器H(s)设计为一个一阶低通滤波器，同时该低通滤波器的稳态增益为1，低通滤波器H(s)表示如下：
当合理设置扰动观测器的参数如λ后，集总扰动包括矿石尺寸变化和矿石硬度变化等外部扰动和模型参数不匹配等内部扰动，可以渐进趋于0，即使用扰动观测器和PID结合的控制方法可以很好的抑制外部和内部扰动。
采用扰动观测器和传统的PID控制器构成控制算法是在上位机IFIX组态软件的后台编程语言实现，计算出的控制量通过PLC控制器来控制电磁振动给料机。
有益效果：1、本发明提供的控制方法采用扰动观测器构成的前馈控制器和传统的PID构成的反馈控制器相结合的方法，使用扰动观测器对进料矿石尺寸波动和进料矿石硬度波动等外界干扰以及模型参数不匹配等内部干扰进行有效估计，从而在大的外部干扰的环境中可以很好的控制住主机电流，稳定产品质量，减少停机时间提高产量。
2、本发明提供的抗干扰控制方法使用常用的上位机组态软件IFIX软件，可以很方便的使用后台编程语言编程实现PID控制算法和扰动观测器，使得PLC中的编程更为简单，同时在不需要去检测矿石尺寸变化和硬度变化这些难测物理量使用扰动观测器通过软件方法就可以实现对外部扰动和内部模型不匹配扰动的有效抑制，提高了控制系统的抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明实施例的雷蒙磨粉碎工艺抗干扰控制系统框图。
图2为本发明实施例的扰动观测器的设计框图。
图3为本发明实施例的扰动观测器和PID相结合的控制方法框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明方法进行详细的阐述。
本发明提出的雷蒙磨粉碎工艺的抗干扰控制方法使用电流互感器实时检测雷蒙磨主机电流，并通过PLC控制器送到上位机数据库中，上位机运行抗干扰控制方法得出控制量，并通过PLC控制器控制电磁振动给料机来控制进料速度，最终完成雷蒙磨粉碎工艺的自动化控制。
所述控制方法采用扰动观测器构成的前馈控制器和传统的PID构成的反馈控制器相结合，通过扰动观测器的输出和PID控制器的输出共同决定下一时刻电磁振动给料机的给料速度，具体计算公式如下：
式中，X(s)为给料速度，M(s)为PID控制器的控制输出，为扰动观测器的输出；
M(s)和表示如下：
式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，r(s)为主机电流设定值，Y(s)为雷蒙磨的主机电流，gn(s)为过程通道标称模型的最小相位部分，θn为标称模型的时延，H(s)为扰动观测器中使用的滤波器；
Y(s)表示如下：
Y(s)＝Gc(s)M(s)+Gd(s)Dex(s) (4)
式中，Gc(s)为控制通道的传递函数，Gd(s)为扰动通道的传递函数，Dex(s)为矿石硬度变化和矿石尺寸变化等外界扰动量；
Gc(s)和Gd(s)表示如下：
式中，g(s)为过程通道传递函数的最小相位部分，θ为时延。
所述扰动观测器中的滤波器H(s)设计为一个一阶低通滤波器，同时该低通滤波器的稳态增益为1，低通滤波器H(s)表示如下：
当合理设置扰动观测器的参数如λ后，集总扰动包括矿石尺寸变化和矿石硬度变化等外部扰动和模型参数不匹配等内部扰动，可以渐进趋于0，即使用扰动观测器和PID结合的控制方法可以很好的抑制外部和内部扰动。
采用扰动观测器和传统的PID控制器构成控制算法是在上位机IFIX组态软件的后台编程语言实现，计算出的控制量通过PLC控制器来控制电磁振动给料机。各个部分的具体说明如下：
采用本发明方法的系统如图1所示，在该系统中，采样主机电流的电流互感器和PLC控制器中的AI输入模块相连接，控制系统定时的通过PLC控制器采样电流互感器反映的实时雷蒙磨主机电流，也检测分析机电流和鼓风机电流。同时PLC和上位机组态软件IFIX通过PROFIBUS进行通信，可以把实时的主机电流等物理量传输并存储到上位机的数据库中。
PID控制器的实现，在上位机的后台编程环境中，编程实现把采集到的实时主机电流值和主机电流设定值做差得到差值，并结合整定出的比例系数和积分时间常数得出PID控制器的输出量。
扰动观测器的实现如图2所示，在上位机的后台编程环境中，把采集到实时主机电流值和前一时刻的给料速度值通过整定出的标称模型的一阶惯性环节、一阶低通滤波器、延迟环节，其中一阶低通滤波器要选择合理的滤波参数，然后得出扰动观测器的输出量。
控制电磁振动给料机的给料速度的实现如图3所示，在上位机的后台编程环境中，把PID控制器的输出量和扰动观测器的输出量做差，然后把该差值通过上位机和PLC之间的PROFIBUS进行通信传递给PLC控制器，PLC控制器把该控制量通过模拟量输出模块AO传输给电磁振动给料机的4-20mA控制接口，最终控制电磁振动给料机的给料速度。
Claims (3)
1.一种用于雷蒙磨粉碎工艺的抗干扰控制方法，使用电流互感器实时检测雷蒙磨主机电流，并通过PLC控制器送到上位机数据库中，上位机运行抗干扰控制方法得到控制量，并通过PLC控制器控制电磁振动给料机控制进料速度来完成雷蒙磨粉碎工艺的自动化控制，其特征在于：所述控制方法采用扰动观测器构成的前馈控制器和传统的PID构成的反馈控制器相结合，根据扰动观测器的输出和PID控制器的输出共同决定下一时刻电磁振动给料机的给料速度，具体计算公式如下：
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式中，X(s)为给料速度，M(s)为PID控制器的控制输出，为扰动观测器的输出；
M(s)和表示如下：
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式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，r(s)为主机电流设定值，Y(s)为雷蒙磨的主机电流，gn(s)为过程通道标称模型的最小相位部分，θn为标称模型的时延，H(s)为扰动观测器中使用的滤波器；
Y(s)表示如下：
Y(s)＝Gc(s)M(s)+Gd(s)Dex(s) (4)
式中，Gc(s)为控制通道的传递函数，Gd(s)为扰动通道的传递函数，Dex(s)为外界扰动量，包括矿石硬度变化和矿石尺寸变化；
Gc(s)和Gd(s)表示如下：
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式中，g(s)为过程通道传递函数的最小相位部分，θ为时延。
2.根据权利要求1所述的用于雷蒙磨粉碎工艺的抗干扰控制方法，其特征在于：所述扰动观测器中的滤波器H(s)设计为一个一阶低通滤波器，同时该低通滤波器的稳态增益为1，表示如下：
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3.根据权利要求1所述的用于雷蒙磨粉碎工艺的抗干扰控制方法，其特征在于：所述控制方法是在上位机IFIX组态软件的后台编程语言实现，计算出的控制量通过PLC控制器来控制电磁振动给料机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20160224 Assignee: Nanjing Keyuan Intelligent Technology Group Co.,Ltd. Assignor: SOUTHEAST University Contract record no.: X2022320000109 Denomination of invention: An anti-interference control method for Raymond mill grinding process Granted publication date: 20171103 License type: Common License Record date: 20220615 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |