CN113776911B - 一种缩分开度与速度自适应的制样机的智能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缩分开度与速度自适应的制样机的智能控制方法，包括以下步骤：步骤1：制样原料输入,获取制样流程单元参数特征，初始化；步骤2：一级定质量制样缩分自适应控制；步骤3：二级定质量制样缩分自适应控制，与现有的定质量制样机智能节能控制方法相比，本发明提出的缩分开度与速度自适应的定质量制样机智能节能控制方法与系统，设计了旋转缩分盘机构，构建了缩分开度与速度自适应的定质量制样机智能节能控制器与实现对旋转缩分盘机构的缩分开度与速度自适应控制，使得保证制样精度前提下，缩分开口开度极大，缩分盘旋转速度极低，进而降低制样耗能。
Description
技术领域
本发明涉及一种缩分开度与速度自适应的制样机的智能控制方法。
背景技术
煤炭、铁矿石、烧结矿、球团矿、焦炭、建材、化工等矿物质颗粒的机器人智能制样设备与系统，广泛应用于煤炭、冶金、建材、电力、第三方检验及科研院所等行业和部门。其机器人智能制样执行控制的方法直接影响制样设备与系统的制样效率与可靠性，以保证准确地计量矿物质的质量。缩分器取样过程中的一个重要参数是缩分比，为了将采集的大量的大粒度煤样无偏倚地制备成少量的小粒度分析试验样，我国标准和ISO、ASTM、JIS、GOST等都推荐了各种不同的煤样缩分机械，但其基本形式都是用一切割器从移动煤流中按一定的时间或质量间隔切取一定数量的子样来达到缩分目的，缩分比越大，留样的代表性就越差。
目前在制样行业，所采用的缩分设备主要分为两大类：一类是定比缩分器，留样与被缩分煤样成比例关系，另一类是定质量缩分器，留样质量一定。定比缩分器无法在来料质量变化的情况下取得质量一定的留样；而定质量缩分器都是根据来料质量来调整隔槽开口方式实现定质量缩分，其取样质量精度均不高，而且代表性相对较差，由于该类型缩分器格槽开度需要随时调节，结构复杂，可靠性差。专利202020475398.5发明了一种新型的智能联合制样机，各级缩分器的缩分比是根据来样重量动态调整，将各阶段的缩分比平均化，同时在缩分前增加了均匀给料装置，提高缩分的代表性和准确性；专利202011315393.7发明一种定质量多份样缩分器，通过控制旋转溜管通过弃料割槽的时间，控制弃料的量，从而控制留样的质量，实现定质量缩分。
但是，这些定质量制样机智能节能控制机构与方法缺乏自适应性，并不能从根本上解决定量缩分器取样质量精度不高、结构复杂可靠性差等问题，设计具有自适应的定质量制样机智能节能控制方法，是定质量联合制样精度、节省缩分能量的急需解决的问题,因此我们对此做出改进，提出一种缩分开度与速度自适应的定质量制样机智能节能控制方法与系统。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提供一种缩分开度与速度自适应的制样机的智能控制方法。
一种缩分开度与速度自适应的制样机的智能控制方法，包括以下步骤：
步骤1：制样原料输入,获取制样流程单元参数特征，初始化；
步骤2：一级定质量制样缩分自适应控制；
步骤3：二级定质量制样缩分自适应控制。
作为进一步改进，所述的步骤1中新增了旋转缩分盘机构，缩分盘中有若干缩分开口，可动态调节开度。一级定质量缩分器中的旋转缩分盘机构，位于缩分器底部，图中有8个开口。二级定质量缩分器中的旋转缩分盘机构，位于缩分器底部，3个子盘，分别对应分析样、存查样与水分样缩分，每个有8个开口。
作为进一步改进，所述的步骤2中构建了一级缩分自适应控制器G1(s)(Gc1(s)、Gv1(s)、Gk1(s)、Gvd1(s))：由一级缩分盘旋转速度偏差ev1(t)与质量偏差em1(t)，构建质量控制器(Gc1(s))，实现质量控制u1(t)(s为时间t的富利叶变换频域)；进而构建一级缩分开度控制器(Gv1(s))与一级缩分盘旋转速度控制器(Gk1(s))，实现一级缩分流出样质量mf1(t)控制；同时，一级缩分流出样质量实时反馈到一级缩分开度控制器(Gvd1(s))与一级缩分盘旋转速度控制器(Gmd1(s))，实现定一级质量制样自适应。
作为进一步改进，所述的步骤2中进一步设计了一级自适应控制量方程:
控制量中，k1为比例因子，T1i为积分因子，用于消除稳定余差，T1d为微分因子，用于增强稳定性，A1d为微分增益，通过积分因子与微分因子的相互作用，使得保证制样精度前提下，缩分开口开度极大，缩分盘旋转速度极低，进而降低制样耗能。
作为进一步改进，所述的步骤3中构建了二级缩分自适应控制器G2(s)(Gc2(s)、Gv2(s)、Gk2(s)、Gvd2(s))：由二级缩分盘旋转速度偏差ev2(t)与质量偏差em2(t)，构建质量控制器(Gc2(s))，实现质量控制u2(t)；进而构建二级缩分开度控制器(Gv2(s))与二级缩分盘旋转速度控制器(Gk2(s))，实现二级缩分流出样质量mf2(t)控制；同时，二级缩分流出样质量实时反馈到二级缩分开度控制器(Gvd2(s))与二级缩分盘旋转速度控制器(Gmd2(s))，实现定二级质量制样自适应。
作为进一步改进，所述的步骤2中进一步设计了二级自适应控制量方程:
控制量中，k2为比例因子，T2i为积分因子，用于消除稳定余差，T2d为微分因子，用于增强稳定性，A2d为微分增益，通过积分因子与微分因子的相互作用，使得保证制样精度前提下，缩分开口开度极大，缩分盘旋转速度极低，进而降低制样耗能。
有益效果：
与现有的定质量制样机智能节能控制方法相比，本发明提出的缩分开度与速度自适应的定质量制样机智能节能控制方法与系统，设计了旋转缩分盘机构，构建了缩分开度与速度自适应的定质量制样机智能节能控制器与实现对旋转缩分盘机构的缩分开度与速度自适应控制，，使得保证制样精度前提下，缩分开口开度极大，缩分盘旋转速度极低，进而降低制样耗能。
附图说明
图1是定质量联合制样机机构图；
图2是一级定质量缩分器中的旋转缩分盘机构示意图；
图3是二级定质量缩分器中的旋转缩分盘机构示意图；
图4是缩分开度与速度自适应的定质量制样机智能节能控制方法与系统流程图；
图5是缩分开度与速度自适应的定质量制样机智能节能控制方法与系统一级缩分控制器示意图；
图6是缩分开度与速度自适应的定质量制样机智能节能控制方法与系统二级缩分控制器示意图；
1.入料输送机2.清样装置3.一级破碎机4.一级定质量缩分器5.一级弃样输送机6.二级破碎机7.二级定质量缩分器8.分析样接样斗9.存查样接样斗10.水分样接样斗11.二级弃样输送机。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1-6所示，一种缩分开度与速度自适应的制样机的智能控制方法，包括如下步骤：
步骤1：由制样制样原料质量M与一级缩分样质量msp1，确定初始一级缩分缩分开度K1与初始一级缩分盘旋转速度Vsp1；进而由一级缩分样质量msp1，确定初始二级缩分缩分开度K2与各初始二级缩分盘旋转速度Vsp2；
步骤2：由一级缩分盘旋转速度偏差ev1(t)与质量偏差em1(t)，构建质量控制器(Gc1(s))，实现质量控制u1(t)(s为时间t的富利叶变换频域)；进而构建一级缩分开度控制器(Gv1(s))与一级缩分盘旋转速度控制器(Gk1(s))，实现一级缩分流出样质量mf1(t)控制；同时，一级缩分流出样质量实时反馈到一级缩分开度控制器(Gvd1(s))与一级缩分盘旋转速度控制器(Gmd1(s))，实现定一级质量制样自适应；
步骤3：由二级缩分盘旋转速度偏差ev2(t)与质量偏差em2(t)，构建质量控制器(Gc2(s))，实现质量控制u2(t)；进而构建二级缩分开度控制器(Gv2(s))与二级缩分盘旋转速度控制器(Gk2(s))，实现二级缩分流出样质量mf2(t)控制；同时，二级缩分流出样质量实时反馈到二级缩分开度控制器(Gvd2(s))与二级缩分盘旋转速度控制器(Gmd2(s))，实现定二级质量制样自适应。
其中，步骤1中定质量缩分中，新增了旋转缩分盘机构，缩分盘中有若干缩分开口，可动态调节开度。
其中，步骤2中构建了一级缩分自适应控制器G1(s)(Gc1(s)、Gv1(s)、Gk1(s)、Gvd1(s))：
其中，步骤3中构建了二级缩分自适应控制器G2(s)(Gc2(s)、Gv2(s)、Gk2(s)、Gvd2(s))：
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
具体的包括如下步骤：
(1)在制样原料输入阶段，同时获取制样参数特征：一级旋转缩分盘一个，直径为240mm，设有8个开口；二级旋转缩分盘三个，直径均为240mm，同样设有8个开口。在本实例中，样制样原料质量M为来样在20-1200kg，初始一级缩分样质量msp110-60kg，其缩分比在1/2-1/20之间动态自适应动态调整。二级定质量缩分的分析样与存查样质量在4.2-6.2kg之间，其缩分比在1/2.38-1/9.68之间动态自动调整；水分样在2.8-3.8kg，其缩分比在1/3.57-1/15.79之间动态自适应动态调整。
(2)在一级定质量缩分阶段，在本实实施例中，1个一级旋转缩分盘8个开口初始值为0.56度-4.5度，比例因子k1取1.75，积分因子T1i取8min，用于消除稳定余差；微分因子T1d取1min，微分增益A1d取1.3，用于增强稳定性，在控制器的动态自适应控制下，使得保证制样精度前提下，缩分开口开度极大，缩分盘旋转速度极低，缩分盘旋转速度在15r/min-5r/min,进而降低制样耗能。
(3)在二级定质量缩分阶段，在本实实施例中，3个二级旋转缩分盘8个开口初始值为0.56度-9度，比例因子k2取1.35，积分因子T2i取4min，用于消除稳定余差；微分因子T2d取2min，微分增益A2d取1.05，用于增强稳定性，在控制器的动态自适应控制下，使得保证制样精度前提下，缩分开口开度极大，缩分盘旋转速度极低，缩分盘旋转速度在20r/min-10r/min,进而降低制样耗能。
制样精度≤3mm，达到制样精度要求，制样总功率13.3kw，优于15kw，节能12.78％。
图1是定质量联合制样机机构图。
图2是一级定质量缩分器中的旋转缩分盘机构位于缩分器底部示意图，图中有8个开口。
图3是二级定质量缩分器中的旋转缩分盘机构，位于缩分器底部示意图，图中3个子盘，分别对应分析样、存查样与水分样缩分，每个有8个开口。
图4是本专利缩分开度与速度自适应的定质量制样机智能节能控制方法与系统流程图。
图5是本专利缩分开度与速度自适应的定质量制样机智能节能控制方法与系统一级缩分控制器示意图，对应元素为：初始一级缩分盘旋转速度Vsp1；一级缩分样质量msp1；一级缩分盘旋转速度偏差ev1(t)；质量偏差em1(t)；质量控制器Gc1(s)；控制量u1(t)；一级缩分开度控制器Gv1(s)；一级缩分盘旋转速度控制器Gk1(s)；一级缩分流出样质量mf1(t)；一级缩分开度控制器Gvd1(s)与一级缩分盘旋转速度控制器Gmd1(s)。
图6是缩分开度与速度自适应的定质量制样机智能节能控制方法与系统二级缩分控制器示意图，对应元素为：初始二级缩分盘旋转速度Vsp2；二级缩分样质量msp2；二级缩分盘旋转速度偏差ev2(t)；质量偏差em2(t)；质量控制器Gc2(s)；控制量u2(t)；二级缩分开度控制器Gv2(s)；一级缩分盘旋转速度控制器Gk2(s)；二级缩分流出样质量mf2(t)；二级缩分开度控制器Gvd2(s)与二级缩分盘旋转速度控制器Gmd2(s)。
提供缩分开度与速度自适应的定质量制样机智能节能控制方法与系统，由入料输送机完成制样原料输入；再由一级破碎机与一级定质量缩分器完成一级定质量缩分，得到一级缩分样与一级弃样；最后由二级破碎机与二级定质量缩分器完成二级定质量缩分，得到分析样、存查样、水分样与二级弃样(暂存样)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种缩分开度与速度自适应的制样机的智能控制方法，其特征在于，通过定质量联合制样机进行取样，包括以下步骤：
步骤一：制样原料输入,获取制样流程单元参数特征，初始化；
步骤二：一级定质量制样缩分自适应控制；
步骤三：二级定质量制样缩分自适应控制；
所述的定质量联合制样机由上至下包括清样装置、一级破碎机、一级定质量缩分器、二级破碎机、二级定质量缩分器；
所述的二级定质量缩分器的底部设有分析样接样斗、存查样接样斗、水分样接样斗和二级弃样输送机；
步骤二中，一级定质量缩分器中设有一级缩分自适应控制器G1(s)，其中
k1为比例因子；
T1d为微分因子；
T1i为积分因子；
A1d为微分增益；
s为时间t的富利叶变换频域；
步骤二中，还包括一级自适应控制量方程：
其中，k1为比例因子，T1i为积分因子，T1d为微分因子，A1d为微分增益，ev1(t)为一级缩分盘旋转速度偏差，em1(t)为质量偏差，u0为初始控制量；
步骤三中，二级定质量缩分器中设有二级缩分自适应控制器G2(s)，
k2为比例因子；
T2i为积分因子；
T2d为微分因子；
A2d为微分增益；
s为时间t的富利叶变换频域；
步骤三中，还包括二级自适应控制量方程:
控制量中，k2为比例因子，T2i为积分因子，T2d为微分因子，A2d为微分增益，ev2(t)为二级缩分盘旋转速度偏差，em2(t)为质量偏差，u0为初始控制量。
2.根据权利要求1所述的一种缩分开度与速度自适应的制样机的智能控制方法，其特征在于，清样装置的入口处设有入料输送机。
3.根据权利要求1所述的一种缩分开度与速度自适应的制样机的智能控制方法，其特征在于，一级定质量缩分器的底部设有一级弃样输送机。
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