一种球磨机控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及球磨机的磨矿控制技术领域，特别是一种球磨机控制方法。
【背景技术】
[0002] 磨矿是选矿过程中的一道重要工艺，球磨机是一种重要的磨矿设备。通过球磨机 的磨矿实现矿石中矿物分离，为下一步浮选或者磁选做准备。矿物磨得细度不够，就会导致 有用矿物分离的不完全，最终影响矿石的品味；矿物如果磨过头，就会产生矿泥，同样会影 响有效成分的回收。磨矿浓度的过高或者过低都会影响到下一道工序浮选的效果。目前球 磨机的控制方法主要分为两类。一种是人工控制，人工控制受到操作人员的影响很大，磨矿 的效果不稳定，容易产生"涨肚"事故。另外一种是根据溢流粒度的偏差通过PID控制方法 求出对应的给矿量和给水量，而球磨过程滞后时间长，存在非线性因素，控制变量之间存在 耦合，PID控制方法对此类控制系统效果不尽如人意。为了提高球磨机磨矿的质量、提高其 效率、降低其能耗，研发一种球磨机的控制方法及装置具有重要意义。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种球磨机控制方法。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种球磨机控制方法，其特征 在于，求解以下目标函数J的最小值对应的最优控制量将的第一部分u(t)作为 最优的给矿速度和给水流量，从而控制球磨机的溢流粒度和排矿率：
[0006]其中，
[0008] u0(t_l) = [u(t_l)Tu(t_l)T ...u(t_l)T]T，
[0009]
[0010] 上述公式中
；1是2X2的单位矩 阵；11_，11_分别表示控制量U(t)的最小值与最大值，U(t) = [ujt)ujt)]1，!^!：)为t时 刻的球磨机的给矿速度，单位为kg/min，u2(t)为t时刻的球磨机的给水流量，单位为m3/h; 711^，7111?分别表示输出量7(1:)的最小值与最大值，7( 1:) = [7 1(1:)72(1:)]1，71(1:)为 1:时刻 的磨矿的溢流粒度，y2(t)为t时刻的排矿率，单位为kg/min;Aumin,Aumax分别表示控制增 量Au(m)的最小值与最大值，Au(m) =u(m)-u(m-l),m=t,. . . ,t+Nu-l，Nu是控制时域；
中的未知元素利用ARX模型
和最小二乘 法辨识求得，
分别为y(t)、u(t)对应的阶次，e(t)是2X1的白噪声，且与y(t)和u(t)都线性无关；Q是期望输出与球磨机磨矿过程ARX模型预测输出偏 差权重系数矩阵，&是u(t)权重系数矩阵，R2是AuGii)权重系数矩阵；
;.1' (0 为t 时刻的期望输出。
[0011] AjpBj中的参数辨识方法如下：将需要辨识的参数集合成一向量
并将t-1时刻的输入输出数据整合成向 量
，定义
，则根据最 小二乘法，向量s的估计值为
将s的估计值作为球磨机磨矿过程ARX 模型的最佳参数，即得到参数。
[0012] nu，ny的求解方法为：先选择多组nu，ny，根据设定函数AIC= Nlog 〇 2+2d，其 中〇2为噪声方差，N是采集的溢流粒度、排矿率、给矿速度、给矿流量辨识数据的组数， N?max (ny,nu)，d= 4*nu+4*ny+2 ;求得不同nu，ny组合下的AIC值，当AIC最小时对应的nu， ny，为最佳的nu，ny
[0013] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明能够实现球磨机的自动控 制，避免人工控制产生的不确定因素导致的磨矿效果的不确定；本发明采用的预测控制方 法能够同时控制给矿速度和给水流量，避免了通过溢流粒度偏差分别进行PID控制时，给 矿速率和给水流量控制存在的相互干扰的情况；通过建立球磨机磨矿的数学模型，提前预 测球磨机的磨矿溢流粒度和排矿量，提前控制球磨机的给矿速度和给水流量，保证了球磨 机的磨溢流矿粒度和工作效率；当模型出现偏差时，通过误差补偿，减少了模型误差的影 响，同时能够减少各种干扰造成的影响。
【附图说明】
[0014] 图1为球磨机磨矿工艺流程图。
[0015] 图2为球磨机磨矿过程预测控制的结构图。
[0016] 图3为给矿速度控制原理图。
[0017] 图4为给水流量控制原理图。
【具体实施方式】
[0018] 球磨机磨矿的工艺流程图如图1所示。球磨机的磨矿回路主要由一个溢流型球磨 机、一个泵池、一个水力旋流分级器等设备组成。矿石通过给料机进入球磨机，同时球磨机 入口有给水流入，矿石在球磨机中通过研磨形成矿浆进入泵池，由泵提升至水力旋流分级 器。分级细粒度级矿浆送入浮选等后续工序，粗粒级重新返回球磨机再次进行研磨。
[0019] 本发明通过皮带秤测量实际的给矿速度，通过流量计来测量实际的给水流量，控 制实际的给矿速度和实际的给水流量，磨矿的溢流粒度通过粒度分析仪获得，在球磨机最 大的驱动能力下使磨矿的溢流粒度和排矿率达到设定的值。采集的这些数据通过PLC最终 通过工业网络传输给工业控制计算机，在工业控制计算机中完成控制计算，计算出最佳给 矿速度和给水流量，工业控制计算机通过通网络将这些值发送给PLC，PLC控制实际的给矿 速度、给水流量与给定的给矿速度、给水流量保持一致。
[0020] 球磨机的控制主要包含给矿速度的控制、给水流量的控制、磨矿溢流粒度和排矿 量的控制。给矿速度主要有皮带秤、变频器、给料电机、称重传感器等组成的称量系统控制。 给水流量的控制主要与给水阀门的开度相关，可通过PID控制实现。影响磨矿溢流粒度和 排矿率的因素较多如实际的给矿速度、实际的给水流量、矿石的粒度等各种因素，其中影响 最大的为实际的给矿量和实际的给水流量。磨矿溢流粒度用低于某一粒度（该粒度值根据 矿石种类等实际情况选定）的固体颗粒的质量百分含量表示。
[0021] 首先采集球磨机在过去运行的数据，包括实际的给矿速度，实际的给水流量，实际 的磨矿的溢流粒度和排矿率。根据采集球磨机的输入输出数据建立球磨机磨矿过程的ARX 模型，具体如下
[0023]公式中y(t) = [yjt)y2(t)]T，u(t) = [ujt)u2(t)]T;e(t)是 2X1 的白噪声， 它与y(t)和u(t)都线性无关；ny,nu为输出、输入对应的阶次；yi(t)为t时刻的磨矿的溢 流粒度，⑴为t时刻的排矿率，单位为kg/min;+(!:)为t时刻的球磨机的给矿速度，单 位为kg/min，u2(t)为t时刻的球磨机的给水流量，单位为m3/h。〇, 4…七..，#? 的表 示形式如下
[0025] 对公式（1)进行变形可得到如下公式：
[0027] 对公式（2)，需通过最小二乘法可辨识出其中的AAi 和h中的参数。为方便求解，将需要辨识的参数集合成一向量
，并将t_l时刻的输入输出数据整合成向量
[0028] 定义
则根据最小二乘法向量S的估计值为
，将S的估计值作为球磨机磨矿 过程的ARX模型的最佳参数，即得到〇,化和B」参数。
[0029] 在实际应用中可以先确定多组nu，ny，通过公式（3)求出不同阶次下的赤信息准则 (AIC)值，取AIC值最小时对应的nu，ny为最佳模型阶次。
[0030]AIC表示如下：
[0031]AIC=Nlogo2+2d (3)
[0032] 其中〇 2为噪声方差，该值可以在最小二乘法辨识过程中得到，N是采集的溢流粒 度、排矿率、给矿速度、给矿流量辨识数据的组数，如t时刻的溢流粒度、排矿率、给矿速度、 给矿流量为1组，N?maX(ny，nu)，d是待辨识的参数个数总和。对于磨矿过程的ARX模型需 要辨识的参数的总和为d= 4*nu+4*ny+2。
[0033] 将公式（2)根据公式（4)选取的状态变量可以转变为公式（4)球磨机磨矿过程的 状态空间模型
[0036]公式中
[0038] 公式（7)中alj，k+i_1，blj，k+i_1为公式⑵中通过最小二乘法辨识出来的球磨机磨矿 过程的ARX模型的系数。沐X】，…表示球磨机磨矿过程的状态空间模型的状态变量。
[0039] 为了减少建立的磨矿过程的模型不匹配导致的偏差，将采集的当前的磨矿溢流 粒度、排矿率即ys(t)与前一次通过磨矿过程的ARX模型预测的磨矿溢流粒度、排矿率即y(t)进行对比，将偏差（ys(t)-y(t))补偿到磨矿过程ARX模型中，即t+1时刻的模型输出 y(t+l)+ys(t)_y⑴。