一、筒体振动信号表征负荷的提出

目前大多数电厂球磨机的负荷是进口压差信号来表征，在钢球装载量和通风量稳定的情况下，压差信号可以近似反应球磨机负荷的变化。但是，由于球磨机压差的影响因素很多，如系统通风的变化、煤种的变化、水分的变化都会影响压差信号，在多种干扰同时存在的情况下，压差信号就不能真实反应筒体内负荷的变化。同时，压差的变化具有明显的滞后性。因此这种单纯以压差号来进行球磨机负荷控制的方法存在很大的局限性，无法有效地适应球磨机系统工况的变化，使得控制系统难以长时间投入运行自动化投入程度不高。

球磨机运行时，钢球在离心力和衬板摩擦力的作用下，被转动的滚筒带到一定高度，然后受自身重力作用沿抛物线落下。钢球、煤块与滚筒之间，钢球之间、钢球与煤块之间产生的撞击造成球磨机的振动，而振动碰撞功率与负荷之间存在着一定的关系，因此通过测量和分析这些振动信号就可以分析球磨机负荷的变化。

对于采用振动法进行负荷软测量而言，目前常用的方法是在球磨机的前轴承和后轴承座安装振动传感器来测量振动信号，但由于振动冲击传递途径长、环节多，再加上筒体本身质量大等原因，在轴承座采集到的振动数据只能间接反映滚筒内的钢球撞击情况。而筒体上的振动测点，减少了滚筒内钢球与煤、钢球与钢球及钢球与筒壁之间碰撞振动冲击的传递途径，因此比传统的安装在球磨机前、后轴承座测点采集到的数据更能敏感地反映滚筒内钢球与煤块、钢球与钢球及钢球与筒壁之间的撞击情况，因此该振动数据更能准确地反映负荷信息。

二、球磨机负荷串级控制算法

针对球磨机负荷压差单回路控制的不足，结合以上的分析，文中提出一种新的串级控制方案，控制系统结构如下图1所显示。

该控制系统将滚筒振动信号和压差信号结合构成串级调节系统。主回路是给煤量----压差通道，副回路是给煤量----滚筒振动信号通道。筒体振动信号与压差信号相比，时间常数小，对干扰的反应比较灵敏，可以对压差回路起到误差校正作用。同时由于串级控制系统可以很好地克服内扰，因此可以将球磨机系统运行中的一些主要干扰如风量扰动、煤质的变化加到副回路中，由副回路控制对干扰继续抑制；副回路中参数的变化，由副回路给予控制，从而对压差主控对象的影响将大为减弱，从而使得整个系统具有抗干扰能力和一定的自适应能力。

由于副调节器的任务是要快速动作以迅速消除进入副回路的扰动，而且副参数并不要求无差，因此一般都选微比例控制器。主调节器的任务是准确保持被调量符合生产要求，而且对控制品质的要求很高，不允许被调量存在静差，因此主控制器必须有积分作用，一般多采用PI控制器。

根据电厂现场测试实验，得到主、副对象的传递函数分别为：

对串级回路，由两步整定法，分别整定出主回路PI控制器的比例常数为 Kp1=8.5，积分常数为Ta=140；副回路比例控制器Kp2=5，同时为了便于比较，设计了压差单回路PI控制器，由Z-N法整定的参数为，比例常数为Kp=5，积分常数为Ti=115。单回路和串级控制的输出比较如下图2所显示。

由上图2可见，采用串级控制后，系统输出在上升时间、超调量等控制性能要明显优于单回路控制。在设定值单位阶跃扰动的基础上，给系统施加二次扰动，在内扰作用下的不同控制器输出比较如下图3所显示。

由上图3可见，采用串级回路控制后，在内扰作用下，系统输出的最大动态偏差由单回路控制时的1.62下降到1.25，超调量显著减小。由此可见，串级控制能够有效地抑制二次扰动对系统输出的影响，明显改善了控制效果。

由于球磨机系统的时变性和对象的不确定性，常规的PI控制器难以取得良好的控制效果。为此，在球磨机负荷串级回路控制中，主控制器采用基于'混合灵敏度理论的H，鲁棒控制器。