立式搅拌磨机解耦控制系统的研究与设计

发布时间：2017-06-23 22:11

  本文关键词：立式搅拌磨机解耦控制系统的研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：立式搅拌磨机是一种重要的超细粉磨设备,广泛应用于矿山、冶金、化工、制药等领域,随着各行业对物料颗粒粒径的需求越来越小,开发智能化的高效细磨设备成为一个热点研究课题。磨矿系统多变量、非线性、大时滞和强耦合的特性,导致各个输出量不能达到确定的输出,系统很难控制。这严重影响了立式搅拌磨机生产的安全性、经济性和工人劳动强度。在实际生产当中,因为参数难以控制,立式搅拌磨机的故障发生率比普通球磨机要高很多,其价值不能得到充分发挥。为解决以上问题,本文从工艺分析出发,以实验室立式搅拌磨机为研究对象,结合目前常用的控制技术,在控制算法及其在工业控制系统的实现方式上做了以下内容研究：(1)对立式搅拌磨机磨粉系统存在的问题进行了分析。针对这些问题,对立式搅拌磨机及其控制技术的发展现状进行研究分析,确定了论文的解耦控制方案。(2)对立式搅拌磨机磨矿原理和工艺流程进行了分析,得出影响磨机正常运行和磨矿工艺的主要因素为搅拌器的输出转矩、磨矿过程中矿料的浓度和输出矿料的速度。控制给矿速度、配方水给水速度和搅拌器转速这三个输入量可以实现控制上述输出因素。这些输入输出因素之间相互耦合,因此,确立了三输入三输出耦合控制系统方案。(3)对三输入三输出系统之间的耦合关系进行研究,利用最小二乘法结合MATLAB系统辨识工具箱,得到了系统的数学模型。论文采用前馈补偿解耦控制算法对三输入三输出解耦控制方案进行了设计,并在Simulink平台中建立了仿真结构,分别对系统解耦之前、加入前馈补偿解耦控制算法之后以及加入前馈补偿PID解耦控制三种情况进行了仿真。(4)对实现立式搅拌磨机解耦控制算法的硬件系统及监控软件进行了研究和设计。整个控制系统的结构采用上位机监控设备加下位机PLC可编程控制器的方案。方案先是对解耦控制系统的结构进行设计,其次对PLC的各个模块的硬件进行设计,最后对PLC的程序进行了编写。该系统实现了立式搅拌磨机控制系统输入输出控制、控制系统模拟量采集与处理、输出量报警等功能。上位机采用触摸屏设备。监控系统功能主要包括输入输出开关控制、大小调节、需要控制参量的曲线显示、报警事件输出和记录等。并针对不同的用户,设置了不同等级的操作权限。最后对上位机软件进行了模拟仿真,模拟结果显示能实现监控功能。本文将解耦控制算法应用于立式搅拌磨机控制系统,在技术应用上具有一定的先进性。结果表明,该方法能实现基本控制和监控功能,并达到了立式搅拌磨机控制系统的解耦效果。
【关键词】：立式搅拌磨机 前馈解耦控制 MATLAB PLC WinCC flexible
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.9;TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 问题研究的背景及意义12-13
• 1.2 立式搅拌磨机发展及应用现状13-15
• 1.2.1 立式搅拌磨机简介13
• 1.2.2 立式搅拌磨机国内外发展现状13-15
• 1.3 立式搅拌磨机控制技术发展现状15-18
• 1.3.1 国内外选矿磨矿系统控制技术发展现状15-16
• 1.3.2 磨矿系统常用的控制方案16-18
• 1.4 本文采用的方案和研究的主要内容18-20
• 第二章 立式搅拌磨机磨矿系统及控制参量分析20-30
• 2.1 立式搅拌磨机结构组成与工作原理分析20-25
• 2.1.1 立式搅拌磨机的结构20-21
• 2.1.2 立式搅拌磨机磨矿原理与工艺流程分析21-23
• 2.1.3 立式搅拌磨工艺的影响因素分析23-25
• 2.2 立式搅拌磨控制系统输入输出量分析25-26
• 2.3 三输入三输出系统控制的总体方案确定26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 立式搅拌磨解耦控制算法研究与设计30-56
• 3.1 立式搅拌磨系统模型辨识30-38
• 3.1.1 最小二乘法模型辨识简介30-31
• 3.1.2 磨矿系统输出量对输入量的响应31-35
• 3.1.3 实验机磨矿系统传递函数35-38
• 3.2 立式搅拌磨系统解耦控制系统设计38-54
• 3.2.1 解耦控制简介38-39
• 3.2.2 立式搅拌磨系统前馈补偿解耦控制原理与设计39-44
• 3.2.3 耦合系统仿真44-47
• 3.2.4 前馈补偿解耦控制系统仿真47-51
• 3.2.5 前馈补偿解耦-PID控制仿真51-54
• 3.3 本章小结54-56
• 第四章 立式搅拌磨控制系统的硬件设置和软件设计56-78
• 4.1 控制系统的功能要求与控制量分析56-58
• 4.1.1 控制功能要求56-57
• 4.1.2 控制对象及检测控制量的范围分析57-58
• 4.2 控制系统硬件结构总体设计58-63
• 4.2.1 下位机控制器选择58-59
• 4.2.2 硬件系统整体结构设计59-60
• 4.2.3 上位机软件与MATLAB之间的数据交换60-62
• 4.2.4 PLC硬件与软件之间的通讯连接62-63
• 4.3 下位机PLC系统的硬件组态和程序设计63-77
• 4.3.1 西门子S7-300硬件与SIMATIC Step7组态软件简介63-64
• 4.3.2 S7-300 PLC硬件组态64-66
• 4.3.3 I/O地址设置66-67
• 4.3.4 SIMATIC Step7软件编程67-77
• 4.4 本章小结77-78
• 第五章 上位机监控软件设计78-88
• 5.1 上位机监控软件选择78
• 5.2 变量与通讯设置78-80
• 5.3 监控系统画面组态80-86
• 5.3.1 主界面80-81
• 5.3.2 运行操作界面81-82
• 5.3.3 运行状态趋势图组态82-83
• 5.3.4 报警窗口和报警视图组态83-84
• 5.3.5 控制参数设置组态84-85
• 5.3.6 数据记录组态85-86
• 5.4 用户权限设置86-87
• 5.5 本章小节87-88
• 第六章 总结与展望88-90
• 6.1 总结88-89
• 6.2 下一步工作展望89-90
• 致谢90-92
• 参考文献92-96
• 附录 攻读硕士期间发表学术成果和参与的科研项目96
• A. 发表的学术论文96
• B. 参与的科研项目96

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本文编号：476455