D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.05.002 第24卷第5期 北京科技大学学报 Vol.24 No.5 2002年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2002 气固流化床密度和床高的测控 陶秀祥严德崑 骆振福 杨毅 中国矿业大学化工学院，徐州221008 摘要在对气固流化床选煤系统被控对象特性分析研究的基础上，提出了用逆控制方法解 决具有非线性多变量特点的气固流化床密度和床高的控制问题，建立了相关数学模型，介绍了 流化床密度及床高逆系统控制方法，并获得较好的控制精度. 关键词逆控制：分选密度：床层高度：流化床 分类号TD94;TP273 气固两相流化床的密度和床高是煤炭分选 这一影响区. 过程中十分重要的动态控制参数，是影响流化 (2)流化床工作过程中，不同区域密度的分 床干法选煤效果的关键因素.根据工艺要求，为 布存在一些差异.流化床某一点的密度是在一 了适应不同原煤分选的要求，密度应在1.3一20 定范围内波动的，但其统计平均值是稳定的.为 gcm范围内可调，测量精度为1%，控制精度为 了反映整体密度的变化，在测量时可多装几组 2%:床高侧量精度≤1cm,控制精度≤2cm.因 测压探头，通过计算机控制采样时间，然后对测 此，必须对流化床的密度和床高进行在线测量 量值作滤波处理和加权平均 与控制. (3)在煤和介质的落料点附近，为避免落料 目前，在选煤流化床密度和床高的测量方 的干扰，测压探头应安装在不受分选物料干扰 法方面的研究工作相对较多，但对流化床密度 处，使测量结果更具代表性 和床高的自动控制方法报道很少，特别是针对 12流化床床高的测量方法 选煤气固浓相流化床被控对象和系统特点的密 流化床床高的测量可采用仪表直接测量， 度和床高控制技术研究几乎是空白.本文提出 也可采用床高静压测量转换的间接测量方式. 采用逆系统控制方法，来解决具有非线性多变 目前，其测量方法主要有超声波料位计、电感式 量特点的流化床密度和床高的测控问题 料位计、静压简接测定法以及小型雷达测距仪 等，其中以雷达测量方法最为准确可靠，并对具 1测量方法 有床层界面不清、表面不断有气泡逸出、空间有 1.1流化床密度的测量方法 粉尘弥散等特点的气固浓相流化床床高的测量 气固两相流化床密度的测量方法主要有压 有更好的适应性 差法、射线法、光导纤维法、比电阻法和介质堆 密度秤重法.其中以压差法较成熟可靠，并在工 2被控对象的特性及控制方法 业上得到应用 2.1被控对象的特性分析 由于流化床具有似流体的特性，因此，压差 根据流化床选煤原理，决定流化床密度的 法测量流化床的密度类似于普通液体密度的测 主要因素是混合介质中的煤粉含量及其堆密度 量，但又有自身特点，主要表现在： 和床层的膨胀率，而决定床高的主要因素是床 (1)流化床存在“边壁效应”，使靠近侧壁的 层中的介质量.图1为被控对象系统结构图.在 流化效果不如中间的好，所以测压探头应避开 生产过程中，由于人选煤中不断有煤粉带人，并 收稿日期200107-10陶秀样男，45岁，教授， *国家自然科学基金资助课题No.59974030)和国家“九五”科技攻关项目(No.95-215-03)
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 加 皿 气固流化床密度和床高的测控 陶 秀祥 严德 良 骆振福 杨 毅 中国矿业大学化工学院 ， 徐州 摘 要 在对气固流化床选煤系统被控对象特性分析研究的基础上 ， 提出了用逆控制方法解 决具有非线性多变量特点 的气 固流化床密度 和床高的控制问题 ， 建立 了相关数学模型 ， 介绍 了 流化床密度及床高逆系统控制方法 ， 并获得较好 的控制精度 关键词 逆控制 分选密度 床层 高度 流化床 分类号 气 固两相流化床 的密度 和床高是煤炭分选 过程 中十分重要 的动态控制参数 ， 是影 响 流 化 床干法选煤效果 的关键因素 根据工艺要求 ， 为 了适应不 同原煤分选 的要求 ， 密度应 在 砚 留 ， 范围内可 调 ， 测量精度 为 ， 控制精度为 床高测 量精度 落 ， 控制精度 鉴 。 因 此 ， 必须对流 化床 的密度 和床高进行在线测 量 与控制 目前 ， 在选煤流化床密度和 床高的测 量方 法 方面 的研究工作相对较多 ， 但对 流化床密度 和 床高 的 自动控制方法报道很少 ， 特别是针对 选煤气 固浓相流化床被控对象和系统特点的密 度 和 床高控制技术研究 几乎是 空 白 本文提 出 采用 逆 系统控制方法 ， 来解决具有非线性 多变 量特点 的流 化床密度 和 床高 的测 控 问题 测量方法 流化床密度的测且方法 气 固两相 流化床密度 的测 量方法 主要有压 差 法 、 射线 法 、 光导纤 维法 、 比 电阻法 和 介质堆 密度秤重法 其 中以压差法较成熟可靠 ， 并在工 业 上得 到应 用 ” 由于 流化床具有 似流体 的特性 ， 因此 ， 压差 法测量流化床的密度类似于普通液体密度的测 量 ， 但又 有 自身特点 ， 主要表现在 流化床存在 “ 边壁 效应 ” ， 使靠近侧壁 的 流 化效果不如 中间的好 ， 所 以测压探头应避开 收稿 日期 刁 一 陶秀祥 男 ， 岁 ， 教授 ， 这一影 响区 流 化床工 作过程 中 ， 不 同区 域密度 的分 布存在一 些差异 流化床某一 点 的密度是在 一 定 范围内波动的 ， 但其统计平均值是稳定的 为 了反 映整体密度 的变化 ， 在测 量 时可多 装几组 测 压探头 ， 通过计算机控制采样 时间 ， 然后对测 量值作滤波处理和加权平均 在煤和 介质 的落料点 附近 ， 为避免落料 的干扰 ， 测 压探头应 安装在不受分选物料干 扰 处 ， 使测 量结果更具代表性 流化床床高的测 方法 流化床床高 的测 量 可 采用 仪表直接测量 ， 也 可 采用 床高静压测量转换 的 间接测量方式 目前 ， 其测量方法主要有超声波料位计 、 电感式 料位计 、 静压简接测 定法 以 及小型 雷达测距仪 等 ， 其 中以雷达测量方法最为准确可靠 ， 并对具 有床层界面不清 、 表面不断有气泡逸 出 、 空 间有 粉尘弥散等特点 的气固浓相流化床床高的测量 有 更好 的适应性 被控对象的特性及控制方法 被控对象的特性分析 根据流化床选煤原理 ， 决定 流化床密度 的 主要 因素是混合介质 中的煤粉含量及其堆密度 和床层 的膨胀率 ， 而 决定床高的主要 因素是床 层 中的介 质量 图 为被控对象系统结构 图 在 生产过程 中 ， 由于人选煤 中不 断有煤粉带人 ， 并 国家 自然科学基金资助课题 住 和 国家 “ 九五 ” 科技攻关项 目困以 一 一 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2002．05．002
VoL24 陶秀样等：气固流化床密度和床高的测控 ·489· 作为流化介质参与流化，如果这部分多余的煤 H)将稳定不变 粉不能及时排出系统，将会破坏混合介质中磁 假设控制设定密度为p,对应介质成分中磁 铁矿粉与煤粉比例关系的平衡，因此不断补充 铁矿粉与煤粉的比例为K。:1.在循环人床混合 高密度磁铁矿粉，以保持密度的稳定.同时，在 介质Q(t)中，设比例为K。,:1,大致与前一时刻 生产中，刮板排出的煤粉和矸石都会带出大量 床中混合介质成分相同.煤炭分选过程中产生 介质，所以需要不断补充混合介质以稳定床高. 的次生煤粉量，对于特定工艺条件和分选机来 然而，补充混合介质的成分不可能与床中现有 说基本不变，且吨煤产生量很小.在返回入床高 加重质成分完全一致，所以将影响床层的密度， 密介质Q()中，设磁铁矿粉与煤粉的比例为Ka 另外，补充高密度磁铁矿粉也将影响床层中介 :1,则煤粉为十K20.0中的一部分磁铁 质的总量.这两个调节回路相互关联耦合，因而 矿粉与这些煤粉生成符合设定密度的混合介 被控对象是双输入双输出的多变量系统， 质，第二部分磁铁矿粉使Q()成为符合设定密 混合介质加煤量排煤时 度的混合介质进入床中，第三部分磁铁矿粉使 排出量QQ 2. 产生的煤粉也成为符合设定密度的混合介质， 混合介质 多余的影响床中密度变化的磁铁矿粉添加量 添加量2 床高H △q2为： 高密介质 添加量Q2 密度p 4:-20-2-e0-0o1kQ0 1+K 煤粉风压入选煤 (2) 产生量 水份 设Q,(t汁Q(t)-Q,(t)≠0，则△f在时间内向流 图1被控对象系统结构图 化床中多投入混合介质(2(t)+Q(t)-2(t)△t.此 Fig.1 Structure of the controlled system 时流化床中密度为p(),则床高变化： 由于分选机容积一定，如果补加的混合介 AH=Adeore,0-eoa (3) 质、高密度介质的成分和粒度不变，人选煤中煤 式中，A为流化床底面积.当△t→0时，得： 粉含量不变，进出料保持均匀，那么输入输出变 量应该是线性定常关系.实际生产中上述因素 Ho=ApO2+.0-2,o) (4) 设流化床中有质量为m混合介质，流化床中密 总是要发生波动和变化，同时还伴随乐缩空气 度为p(),在△时间内，2(t)向流化床中多投人磁 的气压和流量波动，这些变化均可视为系统干 铁矿粉X△t.其中， 扰；而床内气泡的上升、兼并和分裂、刮板的运 动等都对密度造成随机的测量干扰.布风板孔 X=e.0-e0-001K00. 眼和压力探头取样口的缓慢堵塞将使被控对象 于是密度的变化为： 呈现缓慢时变和非线性特征.另外，高密度介质 △p0=ex.AL. 调节量与密度之间一定程度上存在滞后关系. 当△t一0，得： 从输人变量的数量级来看，混合介质补加 P()-el)x m (5) 量远大于高密度介质补加量，所以前者对密度 的耦合影响要大于后者对床高的耦合影响. 式中，m为流化床中保有的混合介质质量 2.2数学模型的建立 式(4)和(5)组成了流化床分选过程的机理 模型，可以看出这是个多变量非线性时变系 流化床分选过程中不仅要对分选密度进行 在线测控，而且对床高也实现在线控制.它们互 统.如果分别地分析式(4)和(5)，当2()+2(t)- 相耦合，形成关联的多变量系统 2()*0,则式(4)是一个非自衡系统；当式(5)中 流化床的床高H)和密度p(t)由循环混合介 的X≠0时，则是一个一阶线性系统. 质添加量O()和高密介质添加量O)补充调节. 2.3逆系统控制方法 影响床高变化的因素还有混合介质的排出量 数学模型表现出该系统不仅是双变量紧密 Q,(t),加煤量Q(t)和排煤量Q(t).调节床高H)的 耦合的、非线性的，而且具有非自衡特性，参数 操作变量实际上是2(t)+2t)-2(),而2（①）- 是时变的，受到多种因素的干扰，加之流化床本 2()可以视为干扰.如果2(t)+2(t)-Q,()=0,则 身必须保持流态化和介质扩散速度，所以对控
陶秀祥等 气 固流化床 密度 和 床 高 的测 控 一 作为流 化介质参与流化 ， 如果 这部分多余 的煤 粉不 能及 时排 出系统 ， 将会破坏混合介质 中磁 铁矿 粉 与煤粉 比例关系的平衡 ， 因此不 断补充 高密度磁铁矿粉 ， 以保持密度 的稳定 同时 ， 在 生产 中 ， 刮板排 出 的煤粉 和研石都会带 出大量 介质 ， 所 以需要不 断补充混合介质 以稳定床高 然 而 ， 补 充混合介 质 的成分不 可 能与床 中现有 加重质成分完全一致 ， 所 以将影 响床层 的密度 ， 另外 ， 补 充高密度磁铁矿粉也将影 响床层 中介 质 的总量 这两个调 节 回路相互关联祸合 ， 因而 被控对象是双输人双输 出 的多变量 系统 ‘ 混合介质 加煤量 排煤时 排 出量必 ， 一 床高 一 密度 煤粉 风压 人选煤 产生量 水份 图 被控对象 系统 结构 图 · 由于分选机容积一定 ， 如果 补 加 的混合介 质 、 高密度介质 的成分和粒度不变 ， 人选煤 中煤 粉含量不 变 ， 进 出料保持均匀 ， 那 么输人输 出变 量 应该是线 性定常关系 实 际 生 产 中上述 因 素 总是要发生 波动和 变化 ， 同时还 伴 随压 缩 空 气 的气压 和 流 量 波动 ， 这些变化均 可 视为 系统干 扰 而床 内气泡 的上 升 、 兼并 和 分裂 、 刮板 的运 动 等都对密度造成 随机 的测 量 干 扰 布风板孔 眼 和 压力探头 取样 口 的缓慢堵塞将使被控对象 呈现缓慢时变和非线性特征 另外 ， 高密度介质 调节量 与密度之 间一 定程度 上存在滞后 关系 从输人变量 的数量级来 看 ， 混合介质 补加 量远大于高 密度介质 补加量 ， 所 以前者对密 度 的藕合影 响要大于后 者对床高 的藕合影 响 数学模型的建立 流化床分选过程 中不仅要对分选密度 进行 在线测 控 ， 而且对床高也 实现在线控制 它们互 相祸合 ， 形成关联 的 多变量 系统 流化床 的床高域 和 密度风 由循环 混合介 质添加量必 和高密介质添加量必 补充调节 影 响床高 变 化 的 因 素还 有 混 合 介 质 的 排 出 量 必 ，加煤量 和排煤量 调 节床高 的 操作 变量 实 际 上 是 十必 一 必 ， 而 一 可 以视为干扰 如果 必 一 ， 则 将稳定不 变 假设控制设定密度 为 ， 对应介质成分中磁 铁矿 粉与煤粉 的 比例为凡 在循环 人床混合 介 质 中 ， 设 比例 为凡 ， 大致与前一 时刻 床 中混 合介 质成分相 同 煤炭分选 过程 中产 生 的 次生 煤粉量 ， 对于特定 工艺 条件和 分选机来 说基本不变 ， 且 吨煤产生量很小 在返 回人床高 密介质 必 中 ， 设磁铁矿粉与煤粉 的 比例 为戈 ， 则煤粉为 斋 一 ‘ ’ 。 。 中的一部分磁铁 乃 ‘水 ‘ 因 子 戊 七 乙 ‘ 、 ” ’ 岁 、 ” ’ 目 “ 尸 粉、 矿 粉 与这些 煤 粉 生 成符 合设定 密 度 的 混合介 质 ， 第二部分磁铁矿粉使 ， 成为符合设定密 度 的混合介质进人床 中 ， 第三部分磁铁矿粉使 产 生 的煤粉也 成 为 符合设定 密度 的混 合介 质 ， 多 余 的影 响床 中密度 变 化 的 磁 铁矿 粉 添加 量 △ 为 娜 一 卿 一 卿 一 豁 。 一 狐 设 十必 一 必 羊 ， 则△ 在 时间 内向流 化床 中多投人混合介质 十必 一 必 △ 此 时流 化床 中密 度 为风 ， 则 床高变化 、 一 击 。 必 一 。 ， △扩 一 ‘ 助 、 岁 、 ， 厂 ‘ · 岁 、 。 刀 一 ， 式 中 ， 为流 化床底 面 积 当△ 一 时 ， 得 。 ， 一 击 。 。 一 。 卜 ’ 、 ‘ 产 ’ 兄，、 ‘ ， 兄，、 ‘ ，， 设流 化床 中有 质量 为 混 合介质 ， 流化床 中密 度为爪 ， 在△ 时间 内 ， 必 向流化床中多投人磁 铁矿粉 其 中 ， 一 导 一 粉 。 一 · ‘ 、 于 是 密度 的变 化 为 如 当△ 一 ， 得 应这 、 ， 舀 ‘ 。 ， 一 式 中 ， 为流化床 中 嘿 保有 的混合介 质质量 式 和 组成 了流 化床分选过程 的机理 模 型 ， 可 以 看 出 这 是 个 多 变 量 非 线 性 时 变 系 统 如果 分别地分析式 和 ， 当 一 必 羊 ， 则式 是一个非 自衡系统 当式 中 的 辛 时 ， 则是一 个一 阶线性 系统 逆系统控制 方法 数学模型 表现 出该系统不 仅是双变量紧密 祸合 的 、 非线性 的 ， 而且具有非 自衡特性 ， 参数 是时变的 ， 受到多种 因素 的干扰 ， 加之流化床本 身必 须保持流 态 化 和 介质扩 散速度 ， 所 以对控
·490 北京科技大学学报 2002年第5期 制方法提出了较高的要求.经分析研究，采用逆 在设计数字控制器之前，必须在连续系统的前 系统控制方法例. 面加上采样保持器一起离散化，成为采样控制 在非线性系统的反馈线性化控制理论中， 系统昀设采样间隔为T,采用零阶保持器，，Q 一种不同于微分几何方法的逆系统方法在近十 在任意两个依次相连的采样瞬时之间为常值， 几年来得到了较大的发展.通过引入a一阶积分 即对第k个采样周期，2()-2(kT),Q()-Q(kT). 逆、伪线性系统等概念，形成反馈线性化理论和 对于式(4)： 设计方法.它直接以一般形式的非线性系统作 dH-A()(Q()+Q:()-2.()dr. 为研究对象，适用于连续系统、离散系统、分布 通过积分计算、变换及参数代入，于是得到： 参数系统和多变量系统等更大范围 对于单变量离散系统Σ：：一y,由如下差分 =l+de.0rQ0-e0》 (11) 方程表示： 对于(5)式： yn=fya-1w-2,…,ha-,…,4e] (6) Aal1+ke.0-K2.0-0.01KQ0jI2 并且具有初始条件Y%=[oy,…y-小，U=uo,u,…, 式(11)和(12)组成离散多变量非线性系统 4-].从式(6)可得到系统Σ的n阶延迟逆系统 由式(11)和(12)，得到逆系统如下： Imp:+w的方程如下： 2)-4pH-H+2,0 T (13) 4m=g[pyn-,…y,山n-1,",2】 (7) 其中，ym-=Zp,ym-2Zp,…,y=Zp,Z为单 20=24p-L.=+k,2.0+k,2.0(14) T (p+2p) 位延迟算子 令p=H,p2x=P,代人式(13)和(14)得到原系 将式（⑦）所示的n阶延迟逆系统串联到原系 统式(4)和(5)的一阶积分逆系统.再将其串联到 统之前，即得到离散的伪线性系统，满足： 原系统之前，即得到离散的伪线性系统，满足： yn- (8) Hi） Y= =重1= [Pu (15) 再将n阶延迟逆系统中的变量y,y,…,ym-由 D+IJ 原系统中的相应变量的反馈代替，即可进一步 设综合目标为： 构成具有反馈结构的离散伪线性系统，如图2 Ym+(ano,a).Y= BNr陆 (16) Bra 中由p:到的框图部分， 于是， padl_Bwa（aH oaBraJ lap. (17) 对象 按极点配置，考虑到流化床内介质扩散速度、刮 板运动速度，加料量限幅和上升速度，选取 ao=-0.4,ao=-0.4,Bn=B。=0.6 K=(a,a1,,a,-） 3测控结果及分析 图2单变量离散非线性系统的逆系统控制结构 Fig.2 Inverse-control structure with the non-linear and 在连续生产过程中，对流化床密度和床高 disperse system 进行实时监控，某时段的实际运行结果见图3 现将离散伪线性系统作为被控对象，按线 和图4.流化床密度及床高计算机控制程序框 性控制理论进行控制系统的设计，设对控制系 图如图5所示.试验运行工艺条件：入选煤的粒 统的动态特性的要求（综合目标）满足下式： 度为50~6mm,处理量35~40th,入选煤中煤粉含 yuntan-Vun-++aqy:=Brs (9) 量95%，堆密度2.12gcm3.流化床分 性系统的反馈控制律为： 选介质中磁铁矿粉与煤粉比例17：2. :=Bri-[aoy+avm++a-n-](10) 由图3对流化床密度进行计算，标准方差 按上述设计过程构成的控制系统见图2.对 0=0.009427,其密度控制精度≤2%；由图4对流 多变量系统，只要把变量和参数换成向量即可. 化床床高进行计算，标准方差σ=0.29139，其控 如果计算机控制系统的对象是连续系统， 制精度≤2cm
一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 制方法提 出 了较高 的要求 经分析研究 ， 采用逆 系统控制方法 〔 在非线性 系统 的 反 馈线性化控制理论 中 ， 一种不 同于微分几何方法 的逆系统方法在近 十 几年来得到了较大的发展 通过引人 一 阶积分 逆 、 伪线性系统等概念 ， 形成反馈线性化理论和 设计方法 它直接 以一般形式 的非线性 系统作 为 研究对象 ， 适用 于 连续 系统 、 离散 系统 、 分布 参数系统和 多变量 系统等更大范 围 对于单变量 离散 系统 公眺一 ， 由如下差 分 方程表示 必切刁玩切一 。 ” 栩一 ， … ， 蝙 一 ，， … ， 司 并且具有初始条件 一 咖少 ，… ，一 〕 ， 一 ，“ ，一 “ 卜 从式 可得到系统 艺的 阶延迟逆 系统 仇一 的方程如 下 、 岌叭 兔片角 一 ，，… 扒 ， 鲡 一 ，… ，从」 其 中 ， 如 。 一 一 ’ ， 灿 一 一 笋 ，… 沙户 一 知 ， 一 ，为单 位延 迟算子 将式 所示 的 阶延 迟逆 系统 串联到原 系 统之前 ， 即得 到离散 的伪线性系统 ， 满足 夕卜月 势 再将 阶延迟逆 系统 中的变量 ，如 ， 一 夕盛栩 一 ，由 原 系统 中的相应 变量 的反 馈代替 ， 即可 进一步 构成具有反馈结构 的离散伪线性 系统 ， 如 图 中由 价 到 的框 图部分 在设计数字控制器之前 ， 必须在连续 系统 的前 面加 上 采样保持器一起离散化 ， 成 为采样控制 系统 设采样 间隔 为 ， 采用零 阶保持器 ， ，必 在任意两个依次相 连 的采样 瞬时之 间为常值 ， 即 对第 个采样 周期 ， 乃 ， 必 九 对于 式 一 击 。 。 一 。 ’ 一 、 ’、 ‘ ’ 匕，、 ” 兄，、 ‘ ，， “ 通过积分计算 、 变换及参数代入 ， 于 是得 到 练 一 从愉 。 ‘ 、 一 。 对 于 式 、 」， 沦 哈、 。 一、 。 ， 、 一 。 ， 、 。 〕 式 和 组成离散 多变量非线性 系统 由式 和 ， 得到 逆 系统如下 。 、 一 翅粤鱼 。 。 ‘ 八 一 搜左卫立 恤二应 本 。 了八二 吞 。 ‘ 八 ‘ ， 、 以 兰学芝 ‘ 狱端 呱 秘 ‘ 令必 ，、 一 夕 二 户 ， 代入式 和 得到原 系 统式 和 的一 阶积分逆 系统 再将其 串联到 原 系统之前 ， 即得 到离散 的伪线性系统 ， 满足 、少﹄ ， 声 、 、了了 曰谧‘ 、了 一 巨 一 、 ，一 切卜 仕气尹习 门 设综合 目标 为 耳 。 ， 【 … 〕 对象 一 ’ 一 。 ， ， … ， 。 一 于是 势 七 韩 无 、 · 、 一 翩 股习 一 默 按极点配置 ，考虑 到流 化床 内介质扩散速度 、 刮 板 运 动 速 度 ， 加 料 量 限 幅 和 上 升 速 度 ， 选 取 氏 。 二 一 ， 为 一 ，几 几 图 单变 离散非线性 系统的逆 系统控制 结构 · 一 一 现将离散伪线性 系统作为被控对象 ， 按线 性控制理论进行控制系统的设计 设对控制系 统 的动态 特性 的要求 综合 目标 满足下 式 夕粉” 氏 一 必 一 … “ 沙无 风 其 中 ， 八 为 闭环控制 系统 的参考输入 选择伪线 性 系统 的反馈控制律 为 价 风 一 【 伽 … 。 少 月一 按上述设计过程构成 的控制系统见 图 对 多变量 系统 ， 只要把变量和参数换成 向量 即可 如果计算机控制系统 的对象是连 续 系统 ， 测控结果及分析 在连续生 产过程 中 ， 对流 化床密度 和 床高 进行 实 时监控 ， 某时段 的实 际运 行结果见 图 和 图 流化床密度及床高计算机控制程序框 图如 图 所示 试验运行工艺条件 人选煤 的粒 度为 一 ，处理量 一 比 ，人选煤 中煤粉含 量 ， 人选水分 加 重质为钒钦磁铁矿 ， 磁性物含量 ， 堆密度 留 流 化床分 选介 质 中磁铁矿粉与煤粉 比例 由图 对流化 床密度进行计算 ， 标准方差 ，其密度控制精度 毛 由图 对流 化床床高进行计算 ， 标准方差 ， 其控 制精度 感
Vol.24 陶秀祥等：气固流化床密度和床高的测控 ·491· 1.750 测量值 41.5 控制上限 控制上限 目1.710 40.5 测量值 39.5 设定值 91.670 设定值 控制下限 38.5 控制下限 1.63 37.5 15 25 3545 55 65 75 15 23 3139 47556371 t/min t/min 图3流化床密度测控结果 图4流化床高度测控结果 Fig.3 Control results of bed density Fig.4 Control results of bed height 密度、床高测量 系统控制的一种先进的理论方法，它的物理概 念清晰，适用面宽，简便易行，只要精心设计好 自动手动状态 控制器参数，就可以取得良好的控制效果 循环介质、高密介质 J=0? 给料调节增量计算 (2)由于系统容量较大，密度调节速度较慢， y 控制计数器广=0 所以为了保证流化床密度稳定，在控制设计时 循环介质、高密介质 每次调节量不易过大，要做到勤调、少调，对调 给料输出量计算 自动手动状态 节量要进行合理限幅：入选煤限下率要严格控 j=1？ 制，尽量减少进入流化床的煤粉；要通过分流控 分流输出计算 结束 y 制及时调节好混合介质的成分，使其接近设定 y j=0 =1 密度要求的煤粉含量. 循环介质、高密介质给 n (3)流化床床高的调节影响流化床的密度稳 料输出量递推保存 n结束 j=1 定，所以控制设计时必须同时考虑.床高的调节 结束 y 速度要适中 循环介质、高密介质 给料量回采换算 参考文献 j=2 1曾凡.矿物颗粒学M江苏徐州：中国矿业大学出版 社，1997 图5计算机控制程序框图 2李春文，冯元琨，多变量非线性控制的逆系统方法 Fig.5 Program frame of computer centrol M.北京：清华大学出版社.1991 3戴宪中，刘军，冯纯伯连续非线性系统的神经网络a 4 结论 阶逆系统控制方法[).自动化学报，1998(4)：463 4孙增圻，袁曾任.控制系统的计算机辅助设计M.北 (1)逆系统方法是解决流化床多变量非线性 京：清华大学出版社，1988 Measurement and Control of Density and Height for Gas-Solid Fluidized Bed TAO Xiuxiang,YAN Dekun.LUO Zhenfu,YANG Yi China University of Mining and Technology,Xuzhou 221008,China ABSTRACT Based on the analysis and research on a controlled object characteristic for coal preparation with air-dense medium fluidized bed,a inverse-controlled method is put forward to solve the density and height control for the fluidized bed.A mathematical model is established.The inverse system control method is introduced,and the results show a high control precision. KEY WORDS inverse-control;separating density;bed height;fluidized bed
陶秀祥等 气 固流 化床密 度和 床高 的测控 一 ，日 妙 叭 甲 日 如 次 测量值 控制 眼 弓井喃沙留吟 一菠定值 控制下 限 控制上限 卜洲气 控黔制下 限 图 流化 床密度 测控结 果 图 流化 床 高度 测控结 果 密度 、 床高测量 盾环介质 圃 、 高密介 合料调 节增 量计算 盾环介质 、 高密介质 合料输 出量计算 流输 出计算 昏环介质 、 高密介 质给 斗输 出量递推保存 石一 犷尽工剑 少 由 控制计数器 一 结束 结束 循环介质 、 高密介质 给料量 回采换算 系统控制 的一 种 先进 的理论方法 ， 它 的物理概 念清 晰 ， 适用 面 宽 ， 简便易行 ， 只 要精心 设计好 控制 器参数 ， 就 可 以 取得 良好 的控制效果 由于系统容量较大 ， 密度调节速度较慢 ， 所 以 为 了保证流 化床 密度稳定 ， 在控制设计时 每次调 节 量 不 易过大 ， 要做 到勤调 、 少调 ， 对调 节 量要进行合 理 限 幅 入选煤 限下 率要严格控 制 ， 尽量减少进人 流化床的煤粉 要通过分流控 制 及 时调 节 好混合介质 的成分 ， 使其接近设定 密 度要求 的煤粉含量 流 化床床高的调节影 响流化床的密度稳 定 ， 所 以控制设计时必须 同时考虑 床高 的调节 速度要适 中 图 计算机控制程序框图 结论 逆系统方法是解决流 化床多 变量非线性 参 考 文 献 曾凡 矿物颗粒学 』江 苏徐州 中 国矿业大学 出版 社 ， 李春 文 ， 冯元馄 多变量非线 性控制 的逆系统方法 〔 北京 清华大学 出版社 戴 宪 中 ， 刘军 ， 冯纯伯 连续非线性系统的神经 网络 阶逆 系统控制方法 自动化学 报 ， 孙增析 ， 袁 曾任 控 制系统 的计算机辅助设计 北 京 清华 大学 出版社 ， 一 ， “ ， 〔 少 ， 竹 罗 ， 比 ， 一 ， 一 ， 一
