氧化铝生产中磨矿过程先进控制的研究及应用

工作特性，提出了一种具有预测和解耦功能的先进控制方法，该方法通对生产数据和磨机运行状态的检测、分析、处理，实现对磨矿过程的控制，使得磨机安全、稳定的运行在理想的状态下，提高磨矿的工作效率和经济指标，并为后续的溶出生产提供了合格的矿浆。

关键词：磨矿过程；先进控制；氧化铝

0 引言

磨矿过程作为氧化铝生产中的重要工序，承担着为溶出生产提供合格氧化铝矿浆的任务，其矿浆粒度、矿浆浓度等直接影响氧化铝生产的溶出效率，是氧化铝生产过程中重要的指标。因此，如何在干扰因素众多、磨矿粒度难以在线检测、控制精度不高的前提下，实现氧化铝磨矿过程的优化控制，具有十分重要的意义。

1 磨矿过程描述及控制现状

我国氧化铝生产的铝土矿来源复杂，品位差异大，大部分铝土矿属高铝、高硅、低铁难溶的矿石，铝硅比偏低。由于铝土矿中的杂质矿物较多，矿石的硬度、品位波动频繁，造成磨矿过程存在很多问题。生产过程控制变量波动大、磨机运行不稳定、磨矿效率低、生产指标难以控制等问题都是影响生产的重要因素。

铝土矿的磨矿过程具有非线性和大滞后等特性，是典型的复杂工业过程，具有很强的耦合性。同时磨机的振动、钢球磨损、矿石品质的时变性大大增加了建模的难度。因此，建立磨矿过程先进控制的模型、实现磨矿过程的优化控制，对提高磨矿效率、降低成本、提高生产指标具有重要意义。

随着计算机技术和过程控制水平的大幅提高，针对非线性、大滞后、强耦合、强扰动等特性，诸多基于不同控制理论的控制算法被应用到氧化铝磨矿生产过程的控制中，其主要控制方法有：PID控制[1]、自适应控制[2]、模糊控制[3]、专家控制、先进控制等。近年来自适应控制、模糊控制、专家控制、先进控制等在磨矿过程中都进行了较多的应用，提高了磨矿过程的质量和效率，取得了一定的成果。

2 磨矿过程先进控制策略的研究

针对磨机生产过程中多变量输入/输出、非线性、强扰动以及参数难以在线检测等特点，提出了具有解耦和预测功能的氧化铝磨矿先进控制系统。该系统采用先进控制策略，建立控制模型，并依据生产数据和实时运行数据，对控制系统进行校正和优化，实现磨矿过程的控制，提高生产指标和控制精度。

磨机先进控制系统如图1所示，磨矿粒度与磨机给矿量、入口循环母液流量以及磨机溢流浓度等密切相关。生产过程中，建立以磨机给矿量 u1（k）、磨机入口循环母液流量u2（k） 等为输入变量，以矿浆浓度y1（k）、矿浆粒度y2（k）、磨机排矿量y3（k）等为输出变量的先进控制模型。通过控制磨机给矿量和磨机入口的循环母液流量，调整磨机的矿浆浓度，使磨机工作在最佳磨矿状态。

结合氧化铝磨矿过程中无法建立精确数学模型的特点，在模型未知的情况下，通过对生产数据和运行信息的采集、处理，给出预测和解耦后磨机给矿量、磨机入口循环母液量、干扰量等单个输入变量对整个磨矿过程的影响和作用趋势，再经过先进控制器的优化校正，最终得出先进控制的模型。该控制模型不仅克服了传统控制的不足，而且对不同品质的矿石具有普遍的适用性，能很好的将磨矿粒度控制在目标范围内并尽可能接近目标值，实现磨机的优化运行，提高控制精度。

为了解决磨矿过程的强耦合、大干扰等问题，建立多变量耦合系统，将复杂控制回路的被控对象的耦合程度限制在一定程度内，实现磨矿过程的解耦控制。该控制系统能够很好的实现了对外部扰动的跟踪和预测，将预测控制和解耦控制相结合，在没有精确的模型和扰动分析的情况下，很好的解决了强耦合、大干扰等对生产的影响。

该先进控制系统可以最大化的满足生产的需求，以更快的响应速度和预测能力将生产过程的扰动控制在最小程度。采用该控制系统后，生产过程中磨机的运行更加稳定，产品质量、能耗水平等生产指标都得到了很大的提升。

3 结语

本文针对磨矿生产过程的特点，基于大量的生产数据分析和现场试验，详细分析了影响磨矿效率和提高产品质量的制约因素，提出了具有预测和解耦功能的先进控制策略，对氧化铝磨矿过程进行进一步的优化，提高了磨矿过程的控制水平和生产指标。

参考文献

[1]薛洁.模糊自调整二自由度PID控制器及在磨矿分级中的应用[D].昆明理工大学，2002.

[2]赵大勇，柴天佑.自适应内模控制方法在磨矿过程中的应用[J].控制工程，2009，16（4）：426-429.

[3]劳春萍，杨承志.模糊智能控制在磨矿分级给矿系统中的应用[J].自动化仪表，2011，32（10）：60-62.

（作者单位：东北大学设计研究院（有限公司））

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