工程科学学报，第39卷，第9期：1412-1420,2017年9月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.9:1412-1420,September 2017 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2017.09.015;http://journals.ustb.edu.cn 混合选别过程半实物仿真系统 武成瑞，贾瑶四，王琳岩 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室，沈阳110819 ☒通信作者，E-mail:jiayao_ncu@163.com 摘要为了满足复杂工业过程控制技术的研究需求，需要建立具有代表性的半实物仿真系统.针对混合选别过程，研发由 对象计算机、控制器设计计算机、监控计算机、虚拟执行机构与检测仪表装置和控制系统组成的半实物仿真系统.该系统基 于工业控制系统软件开发控制算法，运用MATLAB研发虚拟对象、虚拟执行机构和检测仪表，控制器设计模型，研发了相应的 可视化界面.在对象计算机、控制器设计计算机和监控计算机的基础上完成了被控对象机理建模、控制器设计模型参数辨 识、控制器设计和控制器性能评价等研究.为复杂控制算法研究进一步工业应用奠定了基础. 关键词混合选别过程；半实物仿真；系统结构：运行控制；控制器设计 分类号TP271.6 A hardware-in-the-loop simulation system for the mixed separation process WU Cheng-rui,JIA Yao,WANG Lin-yan State Key Laboratory of Synthetical Automation for Process Industries,Northeastern University,Shenyang 110819,China Corresponding author,E-mail:jiayao_neu@163.com ABSTRACT A representative hardware-in-the-loop simulation system was established for the mixed separation process to meet the demands of industrial process control technologies with complex characteristics.A hardware-in-the-loop simulation system was devel- oped composed of a virtual object computer,a controller-design computer,a monitoring computer,virtual actuators,virtual detecting instruments,and a control system to achieve mixed separation.The control algorithm of the system was based on actual industrial soft- ware,and Matlab was use to design the virtual object,virtual actuators,virtual detecting instruments,and online identification sys- tem.The mechanism modeling of controlled object,parameter identification of controller design model,controller design and controller performance evaluation were completed on the virtual object computer,controller-design computer and monitoring computer.The pro- posed system lays the foundation for future industrial applications of control algorithms for complex industrial processes. KEY WORDS mixed separation process;hardware-in-the-loop simulation;system structure;operational control;controller design 混合选别过程是利用高效浓密机对再磨过程处理 连续性作业、生产周期较长、物理设备及其实验成本相 后的较低浓度的矿浆进行浓密处理，将浓密后的矿浆 对较高，所以开发针对混合选别过程的半实物仿真系 输送到浮选机内，在浮选槽内矿浆与浮选药剂进行充 统具有重要的研究价值与实际意义. 分物理化学反应，使得有用矿物和脉石分离的过程，混 已有的工业过程半实物仿真系统中，部分实验系 合选别过程的产品为精矿和尾矿四.在保证回收率的 统仅由过程回路控制器、虚拟对象和支撑网络构 基础上，提高精矿品位和降低尾矿品位一直是国内外 成2-).由于缺乏相应的优化控制器，回路控制器的设 专家研究课题之一.由于该过程危险性较高、多数为 定值通常依靠人工经验设定，但是人工经验往往随意 收稿日期：2016-11-05 基金项目：国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2015AA043802):国家自然科学基金资助项目(61503066)；国家自然科学基金青年基 金资助项目(61304091)工程科学学报,第 39 卷,第 9 期:1412鄄鄄1420,2017 年 9 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 39, No. 9: 1412鄄鄄1420, September 2017 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2017. 09. 015; http: / / journals. ustb. edu. cn 混合选别过程半实物仿真系统 武成瑞, 贾 瑶苣 , 王琳岩 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室, 沈阳 110819 苣通信作者, E鄄mail: jiayao_neu@ 163. com 摘 要 为了满足复杂工业过程控制技术的研究需求,需要建立具有代表性的半实物仿真系统. 针对混合选别过程,研发由 对象计算机、控制器设计计算机、监控计算机、虚拟执行机构与检测仪表装置和控制系统组成的半实物仿真系统. 该系统基 于工业控制系统软件开发控制算法,运用 MATLAB 研发虚拟对象、虚拟执行机构和检测仪表、控制器设计模型,研发了相应的 可视化界面. 在对象计算机、控制器设计计算机和监控计算机的基础上完成了被控对象机理建模、控制器设计模型参数辨 识、控制器设计和控制器性能评价等研究. 为复杂控制算法研究进一步工业应用奠定了基础. 关键词 混合选别过程; 半实物仿真; 系统结构; 运行控制; 控制器设计 分类号 TP271郾 6 A hardware鄄in鄄the鄄loop simulation system for the mixed separation process WU Cheng鄄rui, JIA Yao 苣 , WANG Lin鄄yan State Key Laboratory of Synthetical Automation for Process Industries, Northeastern University, Shenyang 110819, China 苣Corresponding author, E鄄mail: jiayao_neu@ 163. com ABSTRACT A representative hardware鄄in鄄the鄄loop simulation system was established for the mixed separation process to meet the demands of industrial process control technologies with complex characteristics. A hardware鄄in鄄the鄄loop simulation system was devel鄄 oped composed of a virtual object computer, a controller鄄design computer, a monitoring computer, virtual actuators, virtual detecting instruments, and a control system to achieve mixed separation. The control algorithm of the system was based on actual industrial soft鄄 ware, and Matlab was use to design the virtual object, virtual actuators, virtual detecting instruments, and online identification sys鄄 tem. The mechanism modeling of controlled object, parameter identification of controller design model, controller design and controller performance evaluation were completed on the virtual object computer, controller鄄design computer and monitoring computer. The pro鄄 posed system lays the foundation for future industrial applications of control algorithms for complex industrial processes. KEY WORDS mixed separation process; hardware鄄in鄄the鄄loop simulation; system structure; operational control; controller design 收稿日期: 2016鄄鄄11鄄鄄05 基金项目: 国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2015AA043802); 国家自然科学基金资助项目(61503066); 国家自然科学基金青年基 金资助项目(61304091) 混合选别过程是利用高效浓密机对再磨过程处理 后的较低浓度的矿浆进行浓密处理,将浓密后的矿浆 输送到浮选机内,在浮选槽内矿浆与浮选药剂进行充 分物理化学反应,使得有用矿物和脉石分离的过程,混 合选别过程的产品为精矿和尾矿[1] . 在保证回收率的 基础上,提高精矿品位和降低尾矿品位一直是国内外 专家研究课题之一. 由于该过程危险性较高、多数为 连续性作业、生产周期较长、物理设备及其实验成本相 对较高,所以开发针对混合选别过程的半实物仿真系 统具有重要的研究价值与实际意义. 已有的工业过程半实物仿真系统中,部分实验系 统仅由 过 程 回 路 控 制 器、 虚 拟 对 象 和 支 撑 网 络 构 成[2鄄鄄4] . 由于缺乏相应的优化控制器,回路控制器的设 定值通常依靠人工经验设定,但是人工经验往往随意