球磨机系统是一个强耦合、大迟延的多变量非线性时变系统。典型的球磨机系统的被控制对象包括3个输入量(给煤量V、再循环风量W、热风量R)和3个输出量(差压信号P、入口负压P、出口温度T)。输入输出间存在强耦合,再循环风量W对入口负压P的影响最大,对另外两个被控变量影响可以忽略;热风量R的变化会引起入口负压P和出口温度T同时变化;给煤量V的变化将引起出口温度T和磨负荷同时变化。其中,出入口压差可以间接反映磨负荷。同时,热风量R与磨负荷通道、给煤量V与磨负荷通道还呈现出时延特性。
若对参数检测方法进行改进,将球磨机前轴瓦垂直振动分量Q代替差压信号P来表征存煤量,因此风量将不对存煤量产生影响,并且给煤量对负压信号P的影响可忽略,对出口温度的影响可视为可测扰动进行前馈补偿,从而原来三人三出对象就分解为一个耦合的两输入(R、W)两输出(T、P)对象及一个单输入V单输出Q对象。
由于单入单出的给煤回路的控制器设计与一般单回路系统类似,本文不再赞述,仅对耦合的两入两出对象的IMC-PID控制设计进行了讨论。对于此TTTO对象,按照工艺要求进行变量配对,热风量R控制温度T,再循环风量W控制负压P,即输出Y=[TP]T,输入U=[RW]T,温度回路与负压回路这两个回路仍有很强的耦合性,因此被控对象可描述为Y=GU,其中G为传递函数矩阵:
这两回路仍有很强的关联耦合,因此对象控制系统的解耦设计必不可少。
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