一、筒體振動(dòng)信號(hào)表征負(fù)荷的提出

目前大多數(shù)電廠球磨機(jī)的負(fù)荷是進(jìn)口壓差信號(hào)來表征，在鋼球裝載量和通風(fēng)量穩(wěn)定的情況下，壓差信號(hào)可以近似反應(yīng)球磨機(jī)負(fù)荷的變化。但是，由于球磨機(jī)壓差的影響因素很多，如系統(tǒng)通風(fēng)的變化、煤種的變化、水分的變化都會(huì)影響壓差信號(hào)，在多種干擾同時(shí)存在的情況下，壓差信號(hào)就不能真實(shí)反應(yīng)筒體內(nèi)負(fù)荷的變化。同時(shí)，壓差的變化具有明顯的滯后性。因此這種單純以壓差號(hào)來進(jìn)行球磨機(jī)負(fù)荷控制的方法存在很大的局限性，無(wú)法有效地適應(yīng)球磨機(jī)系統(tǒng)工況的變化，使得控制系統(tǒng)難以長(zhǎng)時(shí)間投入運(yùn)行自動(dòng)化投入程度不高。

球磨機(jī)運(yùn)行時(shí)，鋼球在離心力和襯板摩擦力的作用下，被轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒帶到一定高度，然后受自身重力作用沿拋物線落下。鋼球、煤塊與滾筒之間，鋼球之間、鋼球與煤塊之間產(chǎn)生的撞擊造成球磨機(jī)的振動(dòng)，而振動(dòng)碰撞功率與負(fù)荷之間存在著一定的關(guān)系，因此通過測(cè)量和分析這些振動(dòng)信號(hào)就可以分析球磨機(jī)負(fù)荷的變化。

對(duì)于采用振動(dòng)法進(jìn)行負(fù)荷軟測(cè)量而言，目前常用的方法是在球磨機(jī)的前軸承和后軸承座安裝振動(dòng)傳感器來測(cè)量振動(dòng)信號(hào)，但由于振動(dòng)沖擊傳遞途徑長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多，再加上筒體本身質(zhì)量大等原因，在軸承座采集到的振動(dòng)數(shù)據(jù)只能間接反映滾筒內(nèi)的鋼球撞擊情況。而筒體上的振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，減少了滾筒內(nèi)鋼球與煤、鋼球與鋼球及鋼球與筒壁之間碰撞振動(dòng)沖擊的傳遞途徑，因此比傳統(tǒng)的安裝在球磨機(jī)前、后軸承座測(cè)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)更能敏感地反映滾筒內(nèi)鋼球與煤塊、鋼球與鋼球及鋼球與筒壁之間的撞擊情況，因此該振動(dòng)數(shù)據(jù)更能準(zhǔn)確地反映負(fù)荷信息。

二、球磨機(jī)負(fù)荷串級(jí)控制算法

針對(duì)球磨機(jī)負(fù)荷壓差單回路控制的不足，結(jié)合以上的分析，文中提出一種新的串級(jí)控制方案，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所顯示。

該控制系統(tǒng)將滾筒振動(dòng)信號(hào)和壓差信號(hào)結(jié)合構(gòu)成串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主回路是給煤量----壓差通道，副回路是給煤量----滾筒振動(dòng)信號(hào)通道。筒體振動(dòng)信號(hào)與壓差信號(hào)相比，時(shí)間常數(shù)小，對(duì)干擾的反應(yīng)比較靈敏，可以對(duì)壓差回路起到誤差校正作用。同時(shí)由于串級(jí)控制系統(tǒng)可以很好地克服內(nèi)擾，因此可以將球磨機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行中的一些主要干擾如風(fēng)量擾動(dòng)、煤質(zhì)的變化加到副回路中，由副回路控制對(duì)干擾繼續(xù)抑制；副回路中參數(shù)的變化，由副回路給予控制，從而對(duì)壓差主控對(duì)象的影響將大為減弱，從而使得整個(gè)系統(tǒng)具有抗干擾能力和一定的自適應(yīng)能力。

由于副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是要快速動(dòng)作以迅速消除進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，而且副參數(shù)并不要求無(wú)差，因此一般都選微比例控制器。主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是準(zhǔn)確保持被調(diào)量符合生產(chǎn)要求，而且對(duì)控制品質(zhì)的要求很高，不允許被調(diào)量存在靜差，因此主控制器必須有積分作用，一般多采用PI控制器。

根據(jù)電廠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，得到主、副對(duì)象的傳遞函數(shù)分別為：

對(duì)串級(jí)回路，由兩步整定法，分別整定出主回路PI控制器的比例常數(shù)為 Kp1=8.5，積分常數(shù)為Ta=140；副回路比例控制器Kp2=5，同時(shí)為了便于比較，設(shè)計(jì)了壓差單回路PI控制器，由Z-N法整定的參數(shù)為，比例常數(shù)為Kp=5，積分常數(shù)為Ti=115。單回路和串級(jí)控制的輸出比較如下圖2所顯示。

由上圖2可見，采用串級(jí)控制后，系統(tǒng)輸出在上升時(shí)間、超調(diào)量等控制性能要明顯優(yōu)于單回路控制。在設(shè)定值單位階躍擾動(dòng)的基礎(chǔ)上，給系統(tǒng)施加二次擾動(dòng)，在內(nèi)擾作用下的不同控制器輸出比較如下圖3所顯示。

由上圖3可見，采用串級(jí)回路控制后，在內(nèi)擾作用下，系統(tǒng)輸出的最大動(dòng)態(tài)偏差由單回路控制時(shí)的1.62下降到1.25，超調(diào)量顯著減小。由此可見，串級(jí)控制能夠有效地抑制二次擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，明顯改善了控制效果。

由于球磨機(jī)系統(tǒng)的時(shí)變性和對(duì)象的不確定性，常規(guī)的PI控制器難以取得良好的控制效果。為此，在球磨機(jī)負(fù)荷串級(jí)回路控制中，主控制器采用基于'混合靈敏度理論的H，魯棒控制器。