球磨机系统的预测控制器设计.doc

摘要：球磨机制粉系统是一个多输入多输出、非线性、强耦合、时变、大滞后的复杂系统。球磨机的优化控制不仅有利于能源保护，还对经济发展和国家安全起到重要的作用。一些传统的控制方式已经很难达到控制要求，研究设计出稳定高效的新型控制器是当代学者共同的目标。

本文在全面了解球磨机工作方式与动态特性的基础上，从球磨机的建模、解耦PID控制与模型预测控制三方面展开。完成了球磨机制粉系统的机理法建模与仿真，并充分了解了测试法建模与其所建模型的不同形式；设计了解耦PID控制器，并通过仿真了解到与未解耦PID控制相比的优越性；设计了基于阶跃响应的动态矩阵控制（DMC）器，并充分研究了控制器参数改变对系统控制性能的影响。

将模型预测控制与解耦PID控制进行比较，两者仿真表明，模型预测控制比解耦PID控制有更好的控制品质，能够快速稳定跟踪，动态性能优越，鲁棒性强，较好地解决了球磨机的控制问题。

关键词：球磨机制粉系统，机理法建模，测试法建模，解耦PID控制，模型预测控制

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论.1

1.1-课题的背景和意义1

1.2-球磨机制粉系统的控制现状1

1.2.1 解耦控制.1

1.2.2 自寻优控制.2

1.2.3 模糊控制.2

1.2.4 预测控制.2

1.2.5 神经网络控制.2

1.3 预测控制介绍3

1.3.1 预测控制发展.3

1.3.2 预测控制的基本原理.3

1.4 本文的主要工作4

第二章 球磨机制粉系统介绍5

2.1 球磨机简介5

2.2 球磨机制粉系统的工作原理5

2.3 球磨机制粉系统的运行过程分析6

2.4 球磨机制粉系统的控制任务6

2.5 球磨机制粉系统的动态特性分析7

2.5.1 球磨机的工作特性曲线.7

2.5.2 给煤量对存煤量的影响.8

2.5.3 热风量对存煤量的影响.8

2.5.4 冷风量对存煤量的影响.9

2.5.5 给煤量对出口温度的影响.9

2.5.6 热风量对出口温度的影响.9

2.5.7 冷风量对出口温度的影响.10

2.5.8 给煤量对入口负压的影响.10

2.5.9 热风量对入口负压的影响.10

2.5.10 冷风量对入口负压的影响.11

2.6 球磨机制粉系统的控制目标11

2.7 本章小结12

第三章 球磨机制粉系统建模13

3.1 建模现状13

3.2 双进双出球磨机制粉系统的机理法建模13

3.2.1 球磨机进出口质量方程.13

3.2.2 球磨机进出口能量方程（出口温度数学模型）.14

3.2.3 球磨机进出口压差数学模型.14

3.2.4 球磨机入口负压数学模型.14

3.2.5 机理法建模仿真.14

3.3 球磨机制粉系统的测试法建模15

3.3.1 测试法建模简介.15

3.3.2 测试法建模实例.16

3.4 本章小结17

第四章 球磨机制粉系统的解耦PID控制与仿真.18

4.1 解耦PID控制简介18

4.2 解耦PID仿真研究.19

4.3 本章小结23

第五章 球磨机制粉系统的预测控制与仿真24

5.1 动态矩阵控制介绍24

5.1.1 预测模型（阶跃响应模型）.24

5.1.2 滚动优化.25

5.1.3 参数选择.26

5.2 MATLAB环境下的模型预测控制.27

5.2.1 工具箱函数应用.27

5.2.2 利用MPC Designer界面设计控制器28

5.2.3 在Simulink中搭建预测控制器.29

5.3 模型预测控制仿真研究29

5.3.1 参数对控制效果的影响.29

5.3.2 与解耦PID控制的比较32

5.4 本章小结32

参考文献.33

致谢.35

附录1 MATLAB仿真源程序.36