CN115814915B - 气流粉碎装置的粒度调控方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了气流粉碎装置的粒度调控方法，涉及气流粉碎装置的调节控制技术领域，是采用前馈补偿矩阵方法对两个存在耦合关系的分级轮转速与引风机转速进行解耦控制，分级轮转速与引风机转速经过解耦控制后的输出值控制得到实时粒度，将实时粒度反馈到气流粉碎控制系统的输入端，对粒度预设阈值和实时粒度进行比较，根据粒度预设阈值和实时粒度比较结果，分别调整分级轮转速与引风机转速，消除分级轮转速与引风机转速影响颗粒粒度的相互作用，实现分级轮转速与引风机转速的单回路独立控制，从而实现对颗粒粒度的精准调控。
Description
技术领域
本发明属于气流粉碎装置的调节控制的技术领域，具体的说，涉及一种气流粉碎装置的粒度调控方法。
背景技术
气流粉碎装置广泛应用于冶金、建材、化工、矿山、电池、食品、生物医药等领域内，该系统生产工艺是一种多参数、时变性、非线性与强耦合性的特点，而且气流粉碎装置由于定制厂家制备材料的种类与粒度大小的不同，以及机加工设备的精度影响，使得国内气流粉碎装置的现场调试大都是靠人工凭经验凑试法调试。此外，即使同样的一台设备，一旦更换不同的加工材料和不同大小的粒度，还需要靠人工采用凑试法重新调整设备的分级轮转速、粉碎气的压力、喂料量的多少、风机风量的大小等参数，这不仅浪费了人工，还浪费了昂贵的原材料，延误生产工时，降低了粉体制备的生产效率。
气流粉碎装置中粉碎物料的粒度受到分级轮转速、粉碎气的压力、喂料量的多少、风机风量的大小等参数的影响，生产时因喂料量、压缩空气压力、分级电机转速、风机风量等各参数的改变，产品粒度将会随之改变，由于喂料量和粉碎气的压力均可设为恒定值，粉碎物料的粒度主要是受到分级轮转速和风机风量的大小影响，风机风量的大小由引风机的转速控制，即粉碎物料的粒度是受到分级轮转速和引风机的转速影响，可以建立颗粒粗细大小与转速分级轮转速、引风机转速之间的关系，即z=f(x,y)，其中：z为颗粒粗细设定值，x、y分别是分级轮与引风机转速值，分级轮与引风机的转速任意一发生变化，粉碎物料的粒度都会发生变化，所以如果粉碎装置能够精确控制粉碎物料的粒度，就需要对粉碎装置的分级轮与引风机的转速进行精确控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种气流粉碎装置的粒度调控方法，通过对分级轮转速和引风机转速进行实时的在线调节和控制，采用前馈补偿矩阵方法，消除两个变量之间的相互耦合关系，实现粉尘粒度能够快速达到设定值的效果，分级轮转速和引风机转速能够实时反馈，及时调整粉碎物料的粒度，能够精确控制粉碎物料的粒度，操作简单，能够适用于不同物料的粉碎及不同的生产环境。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
气流粉碎装置的粒度调控方法，所述气流粉碎装置包括气流粉碎控制系统、分级轮和引风机，气流粉碎控制系统中分级轮转速PID通过第一变频器控制分级轮转速，气流粉碎控制系统中引风机转速PID通过第二变频器控制分级轮转速；
所述粒度调控方法应用于气流粉碎装置中，粒度调控方法包括以下步骤：
输入物料的粒度预设值r(t)，并根据粒度预设值r(t)设置气流粉碎控制系统的两个输入端的给定参量：分级轮转速的输入给定量为X1，引风机转速的输入给定量为X2，X1经过分级轮转速PID控制后输出控制量为P1，X2经过引风机转速PID控制后输出控制量为P2，P1与P2为气流粉碎控制系统的两个输出端的控制量，P1与P2存在着耦合关系，P1与P2同时影响物料的粒度；
采用前馈补偿矩阵方法对两个存在耦合关系的P1与P2进行解耦控制，P1和P2经过解耦控制后分别输出为O1和O2，O1和O2控制得到实时检测粒度值y(t)，O1、O2和实时检测粒度值y(t)反馈到气流粉碎控制系统的输入端，对r(t)和y(t)进行比较，根据r(t)和y(t)比较结果，分别调整P1与P2，消除分级轮转速P1与引风机转速P2影响颗粒粒度的相互作用，实现分级轮转速P1与引风机转速P2的单回路独立控制，从而实现对颗粒粒度的精准调控。
进一步的，所述粒度调控方法还包括以下步骤：
为了应对不同粉碎物料中P1和P2对颗粒粒度影响，引入两个参量的影响因子a1、a2，a1、a2分别为P1和P2对气流粉碎装置颗粒大小的影响因子，两个影响因子关系式为：a1+a2 =1 且 a1>a2。
进一步的，所述解耦控制的过程如下：
当粒度预设值和实时检测粒度值的差值绝对值
时，如果粒度预设值大于实时检测粒度值时，控制分级轮转速的输出控制量P1减少，引风机转速的输出控制量P2增大，如果粒度预设值小于实时检测粒度值时，控制分级轮转速的输出控制量P1增大，引风机转速的输出控制量P2减少，以使气流粉碎装置内的物料粒度处于正常的范围，实时采集气流粉碎装置的粒度大小，反馈给输入；当
时，分级轮转速的输出控制量P1、引风机转速的输出控制量P2保持恒定，其中
为允许的粒度误差，
为粒度预设值与实时检测粒度值的差值绝对值。
进一步的，所述分级轮转速单回路控制，用于控制分级轮转速运行在标准的范围内，过程具体包括，当分级轮转速解耦控制后输出值O1过大时，分级轮转速PID得到负反馈信号,实时测量分级轮电机转速，当X1发生变化时，分级轮转速的输出控制量P1的变量解耦控制后输出值O1能快速响应跟踪X1的变化；
所述引风机转速单回路控制，引风机工作产生负压吸力，分级完成的微粉由出料口排出进入收尘器内集中收集起来，干净的气体经引风机排出，当X2发生变化时，引风机转速的输出控制量P2的变量解耦控制后输出值O2能快速响应跟踪X2的变化。
进一步的，所述前馈补偿矩阵方法解除输入输出之间的耦合关系，前馈补偿器位置之后信号U与前馈补偿器之前信号P的关系为：
其中U1为前馈补偿后耦合系统的分级轮转速的输入信号，U2为前馈补偿后耦合系统的引风机转速的输入信号，D21（S）为分级轮转速的补偿矩阵，D12（S）为引风机转速的补偿矩阵；
系统两个输入给定值首先综合输出信号传递到系统的PID控制器，实现信号的稳定和快速响应，然后经过控制器传递到前馈补偿器环节对输入系统传递函数之前的信号做出调节，使输出达到与输入对应的相应值，解除两输入对两输出量的耦合关系，实现一个输入量控制一个输出量的效果，P为PID控制器的输出量，D（S）为补偿矩阵，即：
将P1对O2的影响，以及P2对O1影响，均视为干扰信号并通过前馈补偿的方法将扰动信号的影响消除，从而实现对两个输入变量的解耦。
0010.进一步的，根据自动控制系统中的不变性原理，利用前馈补偿消除各支路对其它输出的影响，即满足等式：
G（S）为气流粉碎控制系统的传递函数，G11（S）和G21（S）为耦合系统中分级轮转速的两支路的传递函数，G12（S）和G22（S）为耦合系统中引风机转速的两支路的传递函数；
解上列方程组可得：
进一步的，所述气流粉碎装置包括气流磨，气流磨内设置有粉碎区和分级区，粉碎区用于对物料进行粉碎，气流磨连接有外设压缩空气源，外设压缩空气源输入高压气体用于气流粉碎，气流磨的出料口处设置有在线取样装置，在线取样装置的出料口连接有在线取样器主控制箱，在线取样装置根据设定的时间间隔自动从气流磨的出口处取样并输送至在线取样器主控制箱内自动进行粒度检测；
所述气流磨内设有分级轮，气流磨的一侧设置有除尘收集装置，除尘收集装置包括除尘器，除尘器连接有引风机；
所述气流粉碎控制系统包括第一主控制器和第二主控制器，第二主控制器的输入端与第一主控制器的输出端电性连接；
所述第一主控制器根据设定的时间预设阈值T1自动化控制在线取样装置工作，在线取样装置工作自动从气流磨的出料口处进行取样并送入在线取样器主控制箱内，此时在线取样器主控制箱自动进行粒度检测，检测得到的实时检测粒度值传输到第一主控制器内；
所述第二主控制器通过变频器控制调节分级轮的转速和引风机（6）的转速；
所述第二主控制器的输入端与第一主控制器的输出端电性连接，第一主控制器将检测得到的物料实时检测粒度值y(t)，发送至第二主控制器内；第二主控制器内设置有粒度预设值r(t)，粒度预设值r(t)是根据实际需要的粒度数据进行设定的，第二主控制器将物料实时检测粒度值y(t)与粒度预设值r(t)进行比较。
进一步的，所述第一主控制器的输入端和输出端双向电连接有计时单元，计时单元内设置有时间预设阈值T1，时间预设阈值T1通过第一主控制器进行设定，时间预设阈值T1是根据需要的取样时间间隔进行设定的；第一主控制器的输入端和输出端分别与管路开闭装置和抽负压及吹扫装置的控制端电性连接；第一主控制器的输出控制信号用于分别控制管路开闭装置或抽负压及吹扫装置启动或停止；第一主控制器的输入端和输出端双向电连接有触控屏，通过触控屏能够进行调节运行参数和实现运行参数。
进一步的，所述第二主控制器的输入端和输出端双向电连接有触控屏，通过触控屏能够进行调节运行参数和实现运行参数；第二主控制器的输出端和输出端与入料口的双蝶阀电性连接，第二主控制器的输出端和输出端与出料口的双蝶阀电性连接；第二主控制器的输出端和输出端与外设压缩空气源的阀门电性连接，第二主控制器的输出端和输出端双向电连接有第一变频器，第一变频器的输出端与分级轮电机电性连接；第二主控制器的输出端和输出端双向电连接有第二变频器，第二变频器的输出端与引风机电性连接。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
通过对分级轮转速和引风机转速进行实时的在线调节和控制，采用前馈补偿矩阵方法，消除两个变量之间的相互耦合关系，实现粉尘粒度能够快速达到设定值的效果，从而有效避免了因不同种类物料和不同的生产环境影响，而造成调试周期长的现象，能够精确控制粉碎物料的粒度，操作简单，能够适用于不同物料的粉碎及不同的生产环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例中总体结构的示意图；
图2为本发明实施例中第一主控制器的结构框图；
图3为本发明实施例中第二主控制器的结构框图；
图4为本发明实施例中调控方法系统整体框图；
图5为本发明实施例中分级轮转速单回路控制框图；
图6为本发明实施例中引风机转速单回路控制框图；
图7为本发明实施例中调控方法中系统变量解耦控制框图；
图8为本发明实施例中调控方法中系统变量解耦原理图；
图9为本发明实施例中调控方法中变量解耦控制系统框图；
图10为本发明实施例中调控方法中前馈补偿解耦控制后单回路控制框图；
图中：
1-原料仓；2-计量螺旋；3-入料口双蝶阀；4-气流磨；5-收尘器；6-引风机；8-在线取样器主控制箱；9-控制柜；10-电脑；11-送料管道。
具体实施方式
实施例1，如图1所示，一种气流粉碎装置，包括气流磨4，气流磨4的进料端连接有进料组件，气流磨4的一侧设置有除尘收集装置，气流磨4的出料口处设置有在线取样装置，在线取样装置的出料口连接有在线取样器主控制箱8，在线取样装置根据设定的时间间隔自动从气流磨4的出口处取样并输送至在线取样器主控制箱8内自动进行粒度检测。
所述气流磨4内设有气碎装置，气碎装置的工作原理为：将高压气体通过喷嘴加速成高速气流，气流带动物料颗粒加速，使物料发生碰撞、摩擦、剪切而破碎；物料可以随气流一起经过喷嘴加速，或者物料不经过喷嘴，从喷嘴出来的射流吸入周围的物料，使物料加速。
物料的碰撞、摩擦、剪切可以只发生在物料颗粒之间，也可以发生在物料颗粒与靶板之间，还可以同时发生在物料颗粒之间和物料颗粒与粉碎室内壁之间，从而产生了多种形式的粉碎机，如对喷式气流粉碎机、靶式粉碎机、循环管式气流粉碎机等；本实施例中的气碎装置与现有技术相同，因此不再赘述。
所述气碎装置的进气端连通有连通管路，连通管路的另一端与外设压缩空气源连通，连通管路上串联有开关阀和压力表。
这样设计，外设压缩空气源输出压缩空气，该压缩空气通过连通管路输送至气碎装置内，此时气碎装置输出超音速空气流，气流磨4内的物料在在超音速空气流的作用下粉碎，通过上升的气流使物料由气流磨4的粉碎区上升到分级区，在通过分级轮产生的强大离心力，将产品粒度进行分类。
所述气流磨4上设有出料口和进料口，气流磨4内设置有粉碎区和分级区，其中粉碎区用于对物料进行粉碎，气流磨4内靠近出料口出设有分级轮，分级轮通过分级轮电机驱动，高速旋转的分级轮产生强大的离心力，在该离心力的作用下，使随上升的气流运动至分级区的粗细物料分离，符合粒度要求的细颗粒通过分级轮进入出料口被收集，粗颗粒下降至粉碎区继续粉碎。
所述进料组件包括原料仓1，原料仓1的出料口上连通有计量螺旋2，计量螺旋2的另一端连通有送料管道11，送料管道11的另一端与气流磨4的进料口连通。
所述原料仓1内存储有待粉碎的物料，原料仓1内物料的粒度为＜1mm。
所述送料管道11上串联有入料口双蝶阀3，入料口双蝶阀3用于控制送料管道11的通断。
所述计量螺旋2的整体结构包括输送筒，输送筒的内部转动设置有螺旋叶片，输送筒的一侧设置有用于驱动螺旋叶片转动的输送电机。
这样设计，计量螺旋2的输送电机工作可驱动螺旋叶片转动，此时原料仓1的物料可进入计量螺旋2内，并且通过转动的螺旋叶片可推动该物料移动，使物料输送至送料管道11内。
当送料管道11上的入料口双蝶阀3打开时，送料管道11内的物料输送至气流磨4内。
所述气流磨4的出料口处设有在线取样装置，线取样装置通过管路与在线取样器主控制箱8的连通，在线取样装置内安装有管路开闭装置和抽负压及吹扫装置，在线取样装置打开可用于对气流磨内粉磨的物料进行取样，而后将该取样得到的物料运送至在线取样器主控制箱8内，此时在线取样器主控制箱8对该物料自动进行粒度检测，以获得实时检测粒度值。
本实施例中，所涉及的在线取样装置的工作原理为：当粉体需要进行取样时，首先控制管路开闭装置打开，开启抽负压及吹扫装置，此时被气力输送的粉体通过气流磨的气流磨的出料口进入到在线取样装置内内，而后将物料输送到在线取样器主控制箱8内检测，取样完毕后，管路开闭装置关闭并开启抽负压及吹扫装置，将管路中残留的物料粉体吹扫干净，保证下次取物料结果的准确度。
在本实施例中，管路开闭装置和抽负压及吹扫装置均为现有技术。
所述除尘收集装置包括收尘器5，收尘器5的进料口通过连通管道与气流磨的出料口连通，所述收尘器5的出料口处连通有出料管道，出料管道上串联有出料口双蝶阀，出料口双蝶阀用于控制出料管道的通断，进而控制收尘器5和出料管道是否排出物料。
所述收尘器5的一侧设置有引风机6，引风机6的进风口与收尘器5的引风口连通。
这样设计，物料在气流磨4内经超音速空气流的作用下粉碎，通过上升的气流使锂电材料由气流磨4的粉碎区上升到分级区，在通过分级轮产生的强大离心力，将产品粒度：D10 ＞0.3μm，D50：1.0微米，D90≤8微米，D99＜10微米（粒度可调）的微粉，利用收尘器5集中收集起来，干净的气体经引风机6排出。
所述在线取样器主控制箱8的一侧设置有电脑10，电脑10用于检测分析的动态数据与控制信息的展示，并且控制在线取样装置和在线取样器主控制箱8的参数及信息。
所述在线取样器主控制箱8内设置有测量单元，测量单元根据激光衍射、静态散射或动态散射原理，通过其中的探测装置将不同大小粉体颗粒经激光照射产生的光信号进行数据采集。
所述在线取样器主控制箱8的一侧设置有控制柜9，测量单元检测得到的检测信号传输至在线取样器主控制箱8内，所述测量单元的一侧通过管路连接到在线取样装置。
在本实施例中，测量单元为现有技术，通过测量单元能够对采集的粉体粒度进行检测。
所述气流粉碎装置还包括气流粉碎控制系统，气流粉碎控制系统包括第一主控制器和第二主控制器，第一主控制器安装在在线取样器主控制箱8内，测量单元的输出端与第一主控制器的输入端电性连接，在线取样器主控制箱8内的第一主控制器再通过线缆连接电脑10呈现出符合要求视觉图像或数据，第二主控制器安装在控制柜9内。
如图2所示，所述第一主控制器的输入端和输出端双向电连接有计时单元，计时单元内设置有时间预设阈值T1，时间预设阈值T1通过第一主控制器进行设定，时间预设阈值T1是根据需要的取样时间间隔进行设定的；第一主控制器的输入端和输出端分别与管路开闭装置和抽负压及吹扫装置的控制端电性连接；第一主控制器的输出控制信号用于分别控制管路开闭装置或抽负压及吹扫装置启动或停止；第一主控制器的输入端和输出端双向电连接有触控屏，通过触控屏能够进行调节运行参数和实现运行参数。
在使用时，第一主控制器根据设定的时间预设阈值T1自动化控制在线取样装置工作，在线取样装置工作自动从气流磨的出料口处进行取样并送入在线取样器主控制箱8内，此时在线取样器主控制箱8自动进行粒度检测，检测得到的实时检测粒度值传输到第一主控制器内。
如图3所示，所述第二主控制器的输入端和输出端双向电连接有触控屏，通过触控屏能够进行调节运行参数和实现运行参数；第二主控制器的输出端和输出端与入料口双蝶阀3电性连接，第二主控制器的输出端和输出端与出料口双蝶阀电性连接；第二主控制器的输出端和输出端与外设压缩空气源的阀门电性连接，第二主控制器的输出端和输出端双向电连接有第一变频器，第一变频器的输出端与分级轮电机电性连接；第二主控制器的输出端和输出端双向电连接有第二变频器，第二变频器的输出端与引风机6电性连接。
所述第二主控制器发出控制信号，能够分别控制入料口双蝶阀3和出料口双蝶阀进行打开或关闭；第二主控制器发出控制信号控制外设压缩空气源的阀门打开或关闭，进而控制外设压缩空气源是否输出高压气体；第二主控制器发出控制信号用于调节第一变频器输出电源的频率，通过调节输出电源的频率，进而能够调节分级轮电机的转速，通过调节分级轮电机的转速能够实现调节分级轮转速；第二主控制器发出控制信号用于调节第二变频器输出电源的频率，通过调节输出电源的频率，进而能够调节引风机6的转速；第二主控制器的输入端与在线取样器主控制箱8内的第一主控制器的输出端电性连接，第一主控制器将检测得到的物料实时检测粒度值y(t)，发送至第二主控制器内；第二主控制器内设置有粒度预设值r(t)，粒度预设值r(t)是根据实际需要的粒度数据进行设定的，第二主控制器将物料实时检测粒度值y(t)与粒度预设值r(t)进行比较。
第一主控制器和第二主控制器可采用PLC控制器或单片机等。
在实际生产过程中，影响物料粒度大小的主要因素包括：分级轮转速和引风机转速。
在气流粉碎的生产过程中，固体物料进入气流磨4中被粉碎为细小的粉尘，粉尘在引风机6的作用下扬起进入分级轮，分级轮在旋转过程中将过大的粉尘颗粒甩回气流磨4中，足够细小的粉尘经过输送管路进入收尘器5，收集后输出。在生产过程中，若是输送管道内的粉尘颗粒过大，则由第二主控制器输出控制信号提高分级轮转速，降低引风机转速，降低颗粒所受升力，令通过分级轮的颗粒直径下降。若是输送管道内的粉尘颗粒过小，则由中控台降低分级轮转速，提高引风机转速，提高颗粒所受升力，令通过分级轮的颗粒直径增大。
一种自动调节粉碎粒度的气流粉碎装置的粒度调控方法包括以下步骤：
1）利用 C++,通过 TCP/IP 通信完成对上位机电脑的系统运行状态、测量单元的数据交互。
2）在测量单元将检测的粒度参数实时反馈给上位机电脑，使其对气流粉碎装置的工况进行分析和判断；
3）上位机电脑对气流粉碎装置进行实时控制，进一步地，上位机电脑对气流粉碎装置实时控制包括：分级轮转速和风机转速进行调节和控制。
所述粒度调控方法包括颗粒物粉碎步骤和在线检测及实时智能粒度调试步骤。
所述颗粒物粉碎步骤包括以下步骤：
步骤S1，颗粒物的进料粒度为＜1mm，颗粒物在原料仓缓存，经过计量螺旋按设定的进料量通过入料口双蝶阀进入到气流磨中；
步骤S2，外设压缩空气源通过气碎装置输送至气流磨内，气流磨内的颗粒物在超音速空气流的作用下粉碎，通过上升的气流使颗粒物由气流磨内的分级轮转动产生的强大离心力，将微粉进行分级；
步骤S3，引风机工作产生负压吸力，分级完成的微粉由出料口排出进入收尘器内集中收集起来，干净的气体经引风机排出。
所述在线检测及实时智能粒度调试步骤包括以下步骤：
步骤T1，第一主控制器根据设定的时间间隔自动化控制在线取样装置工作，检测得到的物料实时检测粒度值y(t)传输到控制柜的第二主控制器，第二主控制器内根据设置的粒度预设值r(t)和实时检测粒度值y(t)进行比较；
当粒度预设值r(t)>实时检测粒度值 y(t)时，第二主控制器发出控制信号通过降低第一变频器输出频率，来减小分级轮转速，第二主控制器发出控制信号通过升高第二变频器输出频率，来升高引风机转速；
当粒度预设值r(t)<实时检测粒度值y(t)时，第二主控制器发出控制信号通过提高第一变频器输出频率，来升高分级轮转速，第二主控制器发出控制信号通过降低第二变频器输出频率，来减小引风机转速；
当粒度预设值r(t)=实时检测粒度值 y(t)时，分级轮转速、引风机转速维持恒定在当前转速值。
步骤T2，操作人员可根据实际工况，通过操控控制柜实现控制第二主控制器，并且通过操控第二主控制器能够进行调节入料口双蝶阀的开关度，外设压缩空气源的阀门的开关度，以及出料口双蝶阀的开关度。
所述步骤T1中，分级轮转速与引风机转速存在着耦合关系，为了实现对颗粒粒度的精准调控，必须对两个存在耦合关系的分级轮转速与引风机转速进行解耦，通过实验建模与数值模拟，采用前馈补偿矩阵，消除两个影响颗粒粒度的相互作用，从而实现分级轮转速与引风机转速的独立控制。
如图7所示，所述分级轮转速和引风机转速分别通过分级轮转速PID和引风机风量PID进行控制，分级轮转速PID和引风机风量PID为第二控制器中进程控制信号，分级轮转速在PID输入端的输入给定量为X1，引风机转速在引风机风量PID控制输入端的输入给定量为X2，分级轮转速在PID输出端的输出控制量为P1，引风机转速在引风机风量PID控制输出端的输出控制量为P2，P1和P2经过变量解耦控制后分别输出为O1和O2，O1和O2即分别为分级轮转速和引风机转速经过变量解耦控制后输出值，O1和O2输入到气流粉碎装置中，并实时对O1和O2进行测量反馈到PID输入端和引风机风量PID控制输入端。
所述变量解耦控制中根据系统定量分析，气流粉碎装置可设计为两输入与两输出系统，输入给定参量为：给定分级轮转速与给定引风机转速，输出控制参量为：分级轮转速与引风机转速，分级轮转速的输入给定量为X1，引风机转速的输入给定量为X2；分级轮转速的输出控制量为P1，引风机转速的输出控制量为P2，为了将这些参量控制在合理的范围内，每一个参量设置一个标准的范围，当输出量超过标准范围时，将误差信号反馈至输入端，调节输入量，使系统稳定在最佳运行状态。
两个输入变量与输出变量之间没有线性关系，它们之间相互耦合，每一个参量的变化对其他变量都会产生影响。
为消除两个参数的相互影响，根据实验建模与数值模拟，通过求取前馈补偿矩阵，对影响颗粒粒度的两个变量进行解耦，实现颗粒粒度的精确调控。
气流粉碎控制系统的输入输出之间存在耦合关系，根据其对象特性，可得传递函数矩阵表示如下：
其中G（S）为气流粉碎控制系统的传递函数，G11（S）和G21（S）为耦合系统中分级轮转速的两支路的传递函数，G12（S）和G22（S）为耦合系统中引风机转速的两支路的传递函数。
采用实验建模法，在输入输出的基础上，从特定模型中寻找相应规则下所辨识过程中最等价的一个数学模型，以真实描述过程中的动态行为，完成系统模型辨识后，利用现场生产过程中的数据对模型进行验证，以获得气流粉碎装置的数学模型，实现粒度的精准调控。
通过现场实验可知，气流粉碎控制系统类似于纯滞后一阶惯性环节，其传递函数可近似描述为：
其中：K为系统增益；
为延迟时间常数；T为滞后时间常数。
将式2套入到式1中，可得到气流粉碎系统的传递函数矩阵近似为：
通过动态动态实验可得到输入输出阶跃响应值，利用最小二乘法、MATLAB仿真软件以及数据采集卡，得到系统辨识传递函数。
如图8至图10所示，采用前馈方法解除输入输出之间的耦合关系， 前馈补偿器位置之后U与前馈补偿器之前信号P的关系为：
其中U1为前馈补偿后耦合系统的分级轮转速的输入信号，U2为前馈补偿后耦合系统的引风机转速的输入信号，D21（S）为分级轮转速的补偿矩阵，D12（S）为引风机转速的补偿矩阵。
系统两个输入给定值首先综合输出信号传递到系统的PID控制器，实现信号的稳定和快速响应，然后经过控制器传递到前馈补偿器环节对输入系统传递函数之前的信号做出调节，使输出达到与输入对应的相应值，解除两输入对两输出量的耦合关系，实现一个输入量控制一个输出量的效果，P为PID控制器的输出量，D为补偿矩阵，即：
将P1对O2的影响，以及P2对O1影响，均视为干扰信号并通过前馈补偿的方法将扰动信号的影响消除，从而实现对两个输入变量的解耦。
根据自动控制系统中的不变性原理，利用前馈补偿消除各支路对其它输出的影响，即满足等式：
解上列方程组可得：
所述解耦控制的整体原理示意图如图4所示，当粒度预设值和实时检测粒度值的差值绝对值
时，如果粒度预设值大于实时检测粒度值时，控制分级轮转速的输出控制量P1减少，引风机转速的输出控制量P2增大，如果粒度预设值小于实时检测粒度值时，控制分级轮转速的输出控制量P1增大，引风机转速的输出控制量P2减少，以使气流粉碎装置内的物料粒度处于正常的范围，实时采集气流粉碎装置的粒度大小，反馈给输入；当
时，分级轮转速的输出控制量P1、引风机转速的输出控制量P2保持恒定，其中
为允许的粒度误差，
为粒度预设值与实时检测粒度值的差值绝对值。
分级轮转速是影响颗粒粒度主要因素，引风机转速是影响颗粒粒度的次要要素，为了应对不同粉碎物料中分级轮转速的输出控制量P1和引风机转速的输出控制量P2对颗粒粒度影响，因此，引入两个参量的影响因子a1、a2，a1、a2分别为分级轮转速的输出控制量P1和引风机转速的输出控制量P2对气流粉碎装置颗粒大小的影响因子； a1+a2可通过现场调试整定数值，两个影响因子关系式为：a1+a2 =1 且 a1>a2。
如图5所示，所述分级轮转速单回路控制，用于控制分级轮转速运行在标准的范围内，过程具体包括，当分级轮转速解耦控制后输出值O1过大时，分级轮转速PID得到负反馈信号,实时测量分级轮电机转速，当X1发生变化时，分级轮转速的输出控制量P1的变量解耦控制后输出值O1能快速响应跟踪X1的变化。
如图6所示，所述引风机转速单回路控制，引风机工作产生负压吸力，分级完成的微粉由出料口排出进入收尘器内集中收集起来，干净的气体经引风机排出，当X2发生变化时，引风机转速的输出控制量P2的变量解耦控制后输出值O2能快速响应跟踪X2的变化。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (4)
1.气流粉碎装置的粒度调控方法，其特征在于：所述气流粉碎装置包括气流粉碎控制系统、分级轮和引风机，气流粉碎控制系统中分级轮转速PID通过第一变频器控制分级轮转速，气流粉碎控制系统中引风机转速PID通过第二变频器控制分级轮转速；
所述粒度调控方法应用于气流粉碎装置中，粒度调控方法包括以下步骤：
输入物料的粒度预设值，并根据粒度预设值设置气流粉碎控制系统的两个输入端的给定参量：分级轮转速的输入给定量为X1，引风机转速的输入给定量为X2，X1经过分级轮转速PID控制后输出控制量为P1，X2经过引风机转速PID控制后输出控制量为P2，P1与P2为气流粉碎控制系统的两个输出端的控制量，P1与P2存在着耦合关系，P1与P2同时影响物料的粒度；
采用前馈补偿矩阵方法对两个存在耦合关系的P1与P2进行解耦控制，P1和P2经过解耦控制后分别输出为O1和O2，O1和O2控制得到实时检测粒度值，O1、O2和实时检测粒度值反馈到气流粉碎控制系统的输入端，对粒度预设值和实时检测粒度值进行比较，根据粒度预设值和实时检测粒度值比较结果，分别调整P1与P2，消除分级轮转速P1与引风机转速P2影响颗粒粒度的相互作用，实现分级轮转速P1与引风机转速P2的单回路独立控制，从而实现对颗粒粒度的精准调控；
所述前馈补偿矩阵方法解除输入输出之间的耦合关系， 前馈补偿器位置之后信号U与前馈补偿器之前信号P的关系为：
其中U1为前馈补偿后耦合系统的分级轮转速的输入信号，U2为前馈补偿后耦合系统的引风机转速的输入信号，D21（S）为分级轮转速的补偿矩阵，D12（S）为引风机转速的补偿矩阵；
系统两个输入给定值首先综合输出信号传递到系统的PID控制器，实现信号的稳定和快速响应，然后经过控制器传递到前馈补偿器环节对输入系统传递函数之前的信号做出调节，使输出达到与输入对应的相应值，解除两输入对两输出量的耦合关系，实现一个输入量控制一个输出量的效果，P为PID控制器的输出量，D（S）为补偿矩阵，即：
将P1对O2的影响，以及P2对O1影响，均视为干扰信号并通过前馈补偿的方法将扰动信号的影响消除，从而实现对两个输入变量的解耦；
根据自动控制系统中的不变性原理，利用前馈补偿消除各支路对其它输出的影响，即满足等式：
G（S）为气流粉碎控制系统的传递函数，G11（S）和G21（S）为耦合系统中分级轮转速的两支路的传递函数，G12（S）和G22（S）为耦合系统中引风机转速的两支路的传递函数；
解上列方程组可得：
2.如权利要求1所述的气流粉碎装置的粒度调控方法，其特征在于：所述粒度调控方法还包括以下步骤：
为了应对不同粉碎物料中P1和P2对颗粒粒度影响，引入两个参量的影响因子a1、a2，a1、a2分别为P1和P2对气流粉碎装置颗粒大小的影响因子，两个影响因子关系式为：a1+a2 =1且 a1>a2。
3.如权利要求1所述的气流粉碎装置的粒度调控方法，其特征在于：所述解耦控制的过程如下：
当粒度预设值和实时检测粒度值的差值绝对值 
时，如果粒度预设值大于实时检测粒度值时，控制分级轮转速的输出控制量P1减少，引风机转速的输出控制量P2增大，如果粒度预设值小于实时检测粒度值时，控制分级轮转速的输出控制量P1增大，引风机转速的输出控制量P2减少，以使气流粉碎装置内的物料粒度处于正常的范围，实时采集气流粉碎装置的粒度大小，反馈给输入；当
时，分级轮转速的输出控制量P1、引风机转速的输出控制量P2保持恒定，其中
为允许的粒度误差，
为粒度预设值与实时检测粒度值的差值绝对值。
4.如权利要求1所述的气流粉碎装置的粒度调控方法，其特征在于：所述分级轮转速单回路控制，用于控制分级轮转速运行在标准的范围内，过程具体包括，当分级轮转速解耦控制后输出值O1过大时，分级轮转速PID得到负反馈信号,实时测量分级轮电机转速，当X1发生变化时，分级轮转速的输出控制量P1的变量解耦控制后输出值O1能快速响应跟踪X1的变化；
所述引风机转速单回路控制，引风机工作产生负压吸力，分级完成的微粉由出料口排出进入收尘器内集中收集起来，干净的气体经引风机排出，当X2发生变化时，引风机转速的输出控制量P2的变量解耦控制后输出值O2能快速响应跟踪X2的变化。
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