云母矿浆浓度的专家控制方法研究.pdf

第3 2 卷 2 0 1 2 年0 8 月 矿冶工程 M 叮q 矾GA N DM 瞳T A L I 瓜G l C A LE N G D 唾凰R 邛i G V 0 1 ．3 2 A u g u s t2 0 1 2 云母矿浆浓度的专家控制方法研究① 张翼1 ，朱瀛波2 1 ．武汉工程大学环城学院；2 ．武汉理工大学资环学院 摘要针对云母纸生产过程的特点和云母矿浆浓度的特性提出了一种适合云母纸生产行业的专家控制方法，该浓度控制方式有 效地抑制了超调，使被控的云母矿浆浓度以最快速度逼近目标值，同时减少了云母纸产品中的耐压缺陷面，一定程度上提高了云母 纸的绝缘性能。 关键词云母；浓度控制；单片机；专家系统 中图分类号T P 2 7 3文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 8 0 4 4 5 0 3 云母以其优异的介电性能、机械性能、耐热和耐电 晕性能成为电气工业中不可缺少且无法替代的重要材 料，以剥片云母或云母纸为基材制成的各种耐热等级 的云母带、柔软云母板、塑性云母板、换向器云母板、电 热设备用云母板以及云母箔作为工业电器、家用电器 和其他发热电器的支架、衬板和隔板，具有耐高温、高 压兼容，防腐蚀的特性，是一种良好的绝缘材料，广泛 的应用于家用电器、航空航天、石油、化工、冶金、地铁、 机车、电线电缆等领域；部分产品已用于神舟和嫦娥航 天工程及雷达、核能等军工工程，对国家航空航天工 业、核工业、军事工业、交通运输、通讯行业、冶金工业、 机电工业的技术进步，具有十分积极的支撑作用J 。 云母纸是由云母鳞片通过静电吸附搭接而成的纸 张状绝缘材料，影响云母制品质量的主要因素除了云 母片本身的结构特性外另一个最主要的因素就是云母 纸上浆过程中浓度的控制，与传统的造纸行业不同，云 母纸横向和纵向厚度的不均匀性直接影响云母制品的 耐压强度和耐温性能。 本文针对云母纸生产线的特点，提出了一种与传 统P I D 控制方式不同的专家系统控制方法，专家系统 本身完全不需要精确的数学模型，根据专家经验库中 的大量经验，能针对不同的生产情况做出正确的判断， 并给出合理的解决方案，其控制规则根据云母矿浆浓 度的变化趋势而定心J 。本文所述控制方法抑制了超 调，调节时间短，改进了传统P I D 算法对浓度控制中普 片存在的滞后时间长，超调过大等问题，对云母行业有 很好的适用性。 1 云母矿浆浓度控制系统 云母原矿进入水力破碎机粉碎成合适的粒度后经 溢流管道进入储浆池，储浆池中的云母矿浆由抽浆泵 以恒定的流量送人配浆槽同一定流量的自来水稀释后 通过上浆管道送入云母纸抄造生产线，其制浆系统结 构如图1 所示。 图1 云母制浆系统结构 该浆槽浓度的调节过程可以用一个一阶带纯滞后 惯性环节来表示，其通用传递函数为 G ㈤ 篙 式中r 为滞后时间；T 为惯性时间；K 为对象增益。 云母矿浆浓度的专家控制器是基于宏晶 S T C 8 9 C 5 8 R D 系列单片机设计，其控制系统结构如 图2 所示。 - b R S 2 3 2 ” 串口通信 骂 n 碧 -‘ 。 R S 2 3 2 ’ 图2 云母矿浆浓度控制系统硬件结构 ①收稿日期2 0 1 2 - 0 3 - 0 1 作者简介张翼 1 9 8 2 一 ，男，湖北人，博士，讲师，研究方向为非金属矿深加工、选矿自动化。 一度号集一 一度号集一 ～浓售采一 一浓信采一 P_．_．--．．．■-_-_L_-．____________L 万方数据 矿冶工程 第3 2 卷 2 专家控制方法 在浓度的调节过程中，由于存在纯滞后，若在不同 浓度值采用相同调节参数，则很容易产生超调和振荡。 结合现场工人调节经验，针对不同浓度值范围和变化 趋势需要采用不同的变频器输出算法以减少超调和滞 后，控制框图如图3 所示。 图3云母矿浆浓度专家系统原理 参数的选择原则根据浓度实时值和偏差变化趋势 来确定，在浓度的调解过程中在目标浓度C △c 的浓 度点设置缓冲区c ，和巴，专家控制规则如下 1 I FC ； C 1 T H E NR U L E 一1 R U L E 一1 I F C i C l ，e t 0 ； T H E N △M t M 。。一u ／l o I F C f C 1 ，e t C 2 ，e t 0 ，e l t e 2 t ； T H E NA u 0 t I F C C i C 2 ，e t 0 ，e l t e 2 t ； T H E N △u ￡ 1 上述最优控制规则数学表达式中，△u t 表示变 频泵输出步进增量，符号为正时表示增加功率，符号为 负时表示减小功率；U m a x 为变频泵的最大输出特性，M 表示上次对变频器的输出信号；e 。 t c 后 1 一 c 七 ；e 2 ￡ c ％ 2 一c _ | } 1 。 主程序算法流程图如图4 所示。 系统初始化 采集浓度值O ∞ 丁一 计算偏差e 。⑩ 二二[ 采样浓度值q “2 T 一 计算偏差巳∞ 厂 专家规剔判别 执行部件输出 图4 控制系统主程序流程 3 云母矿浆浓度控制系统仿真 浓度控制系统组成如图5 所示。 图中K l ／ 瓦J s 1 为变频泵特性模型；e 一‘为变 频泵到出水E l 的延迟特性；K 2 ／ r 2 s 1 为浓度调节 对象模型；恐／ 死s 1 为浓度传感器特性模型；D s 为测量扰动。 在研究浓度控制系统模型时，从理论上来说，普通 矿浆浓度控制对象模型是 1 G 5 2 瓦再可雨哥叹丽 万方数据 2 0 1 2 年0 8 月 张翼等云母矿浆浓度的专家控制方法研究 测量值 图5 浓度控制系统组成 式中1 ／ 咒．S 1 为阀门动态特性；1 ／ L s I 为矿浆 浓度调节对象模型；1 ／ r , s 1 为矿浆浓度检测设备 的工作特性。 系统仿真曲线如图6 所示。 从仿真曲线中可以看出，专家控制方法无超调，响 应速度快，能很好的适应云母纸生产行业。 图6 控制仿真曲线 4 结语 本文对云母矿浆浓度调节系统提出了一种专家控 制方式，根据云母矿浆浓度的实时采集值和浓度值变化 趋势将控制类型分为1 2 种，对不同的浓度变化趋势采 用不同的控制方式。仿真结果表明该算法具有较快的 响应速度和调节稳定性，适用于云母矿浆浓度的控制。 参考文献 [ 1 ] 云母综合利用编写组．云母综合利用[ M ] ．北京中国建筑工业 出版社，1 9 8 2 ． [ 2 ] 周小莹，张根宝．纸浆浓度的模糊- S m i t h 及P I D 复合控制[ J ] ．河 南科技大学学报，2 0 0 7 ，2 6 6 眇一9 1 ． 万方数据