球磨机制粉系统是个多变量的系统，各个变量之间不仅存在着严重的偶合，而且一些变量还存在着很大的纯迟延及时变性。如果球磨机制粉系统采用经典的PID控制，很难得到较好的控制效果。
本文针对中储式钢球磨煤机制粉系统的多变量、强耦合、大惯性、非线性和时变性等特点，在对系统的动态特性进行了较为全面分析的基础上，设计了基于BP神经网络的球磨机解耦控制系统。仿真结果表明，文中提出的控制方法相比传统控制方法有更好的控制品质，跟踪快、鲁棒性强、解耦好，较好地解决了球磨机系统的时变性、耦合性等问题。
关键词：神经网络，解耦，球磨机
第一章 绪论
1.1球磨机制粉系统控制现状与发展
中间仓储式球磨机制粉系统广泛应用于火力发电机组，是火电厂的重要大型辅助设备，也是耗电大户之一，据统计，制粉系统的用电量占火电厂用电量的15-25%，是潜在的节能大户之-，而长期以来，我国火电厂中间仓储式制粉系统的自动控制一直是一项技术难题，由于系统的大时延、非线性、多变量、强耦合及时变特性，还有控制方式和磨内存煤量测量信号等存在的问题，使得设计安装的自动控制系统一直未能投入运行。以往设计的控制系统大多是基于三套独立的PID控制回路，对于各回路之间的耦合及大时延特性显得无能为力。因此研究制粉系统的自动控制和优化运行，具有重要的实际意义。
钢球磨煤机是我国大中型燃煤电厂制粉系统中使用最多的磨煤设备，它具有运行可靠、维护简单、对煤种适应性强和检修费用低等优点，从目前发展情况来看，其应用范围还在不断扩大，但是它的缺点也很突出，即制粉电耗高和难以实现自动控制。
中储式磨煤机制粉系统是一个多变量、强耦合、大惯性和具有多种不确定性扰动的被控对象，其主要被控量是球磨机出口温度、入口负压、出入口压差、磨煤机载煤量等，这些参量的影响是交织在一起的．使得球磨机制粉系统成为一个具有多变量耦合和模型时变等特性的控制对象，改变给煤、热风、冷风和再循环风中的任何一个量，都会影响磨煤机的出口温度、入口负压、存煤量、通风量等，从而使得该系统的自动化较难以实现。
以往的控制系统大多以单回路调节器为基础，采用3套相互独立的PID控制回路，强行将变量间的相互关系割裂，从而顾此失彼，不可能得到满意的控制效果。此外，中储式磨煤机制粉系统动态特性复杂，且动态特性随时间而发生变化，这使得对象的数学模型难以准确获得，这也是该系统难以实现自动化控制的原因之一。目前大多数电厂的制粉系统仍处于人为判断和手工操作的原始状态。手动操作时为了保证球磨机安全工作，防止堵煤跑粉等事故，球磨机经常处于料位偏低（低负荷）、风量偏大、经济运行较差的“习惯运行区”，系统的制粉单耗较高。对钢球添加量与钢球大小配比、风量优化等缺乏合理的指导，故提高制粉系统的经济性，是火电厂的一个重点节能挖潜之处。所以如何将现有的控制理论及方法应用于制粉系统，实现系统的自动控制，使之运行在最佳工况点足目前亟待解决的问题之一。
实现中储式球磨机制粉系统自动控制的目标是，充分考虑球磨机系统的非线性特性、强耦合特性以及大迟延大惯性特性，并充分考虑断煤、堵煤和超温等异常工况，进一步提高系统在大范围内的可控性和适应性，采用领域相关知识优化系统的运行状态，不仅使单耗最低，更要使制粉系统的总体效率最佳，达到整体上的优化，并且保证系统安全运行，构造具有实用价值的运行支援系统。实现钢球磨煤机自动．化控制有如下意义：
1)可保证锅炉机组运行经济可靠；
2)可减轻操作人员的劳动强度；
3)可使得球磨机运行于最佳工况，产生较好的社会和经济效益。
因此，本课题针对球磨机制粉系统难以实现自动控制的难题，提出智能控制的办法来保证球磨机在安全运行的情况下，使磨出力达到最大，处于最佳经济运行工况，并避免在制粉过程中的满煤、跑粉等问题。
由于中储式球磨机制粉系统存在多变量强耦合，大时滞和模型时变的特性，造成了基于经典PID方法设计的控制方案多年来无法长期稳定的投入自动控制，影响了球磨机运行的安全性，使球磨机无法长期稳定运行在最佳经济出力工况下，造成了厂用电的较大浪费。二十世纪六十年代末，国外大都采用模拟仪表进行磨煤机控制，而我国的钢球磨煤机一直是采用手动控制方式，直到七十年代初期，我国开始设计了以给煤量控制压差，以热风量控制温度，以再循环风量控制负压的自动控制系统，以及另一种用给煤量控制温度、用热风控制负压的方法。它们共同的问题是以单网路凋节器为基础，对球磨机如此复杂的系统显然达不到控制要求。三变量之间的严重耦合，加乏系统的非线性和时变性问题，这个时期的自动控制系统均不能投入运行，直到八十年代初期，国内丌始有人研究钢球磨煤机制粉系统的动态特性，并把多变量解祸控制方法应用于制粉系统的分析中。进入九十年代，人们在消化引进国外制粉系统控制技术的同时，开始探索用新的方法来检测磨煤机内的存煤量，而且控制方法也有了较大的进步。随着先进控制理论和检测手段以及计算机技术的发展，火电厂过程控制水平有了大幅度的提高，球磨机制粉系统这一较难控制的系统开始受到重视，并取得了一些理论和应用方面的研究成果。在充分考虑了球磨机制粉系统特点的基础上，针对不同被控过程的具体特性，一批以多变量控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论以及自适应优化理论为基础的实用控制策略已被提出，如解耦控制、自寻优控制、模糊控制、预测控制和神经网络控制等先进控制方法。
(1)球磨机制粉系统的常规解耦控制
球磨机制粉系统是一个严重耦合的三输入三输出多变量系统，在任何一个调节回路中，不管输入和输出之问如何配对三个回路之间均存在严重的耦合，因此需要进行多变量解祸。常规解祸控制方法可分为静态解耦和动态解耦。静态解耦方法适用于对象模型较精确，在静态工作点附近线性度较好的情况下，它具有结构简单、实现容易的特点，但钢球磨煤机是一个复杂的被控对象，工作状态极不稳定，所以静态解祸不适用于铡球磨煤机。动念解耦足在被控对象工作的全过程进行解耦，在一定的条件下有良好的解耦效果。解耦后的系统可按单回路的原则来整定PID制器的参数。动态解耦方法适用于能获得钢球磨煤机精确数学模型的条件下，并且它还限于磨煤机在动态工作点附近有良好的线性度情况下。对于钢球磨煤机这样一个多扰动、非线性的复杂系统，此方法还是具有较大的局限性。另外，为了使解耦网络易于实现必须对系统做出相应的简化，但这样会造成系统模型的失真，当系统出现扰动时极易造成不稳定。所以常规解耦法不能从根本上解决磨煤机的控制问题。解耦控制的共同特点是用补偿矩阵来消除各控制回路之间的影响，要实现完全解耦在理论上是可以通过补偿来实现，但工程上应遵从简单有效的原则，过于复杂的补偿矩阵是无法实现的。
(2)球磨机制粉系统的基于多变量频域理论的INA设计方法
INA法即逆奈氏阵列法是多变量频域理论的重要内容之一，它具有对数学模型的精确性要求不高、物理概念清晰、易于工程实现等特点。INA法的关键在于求出被控对象的预补偿矩阵，使对象的广义传递函数具有对角优势。基于INA方法设计的磨煤机控制方案不需要精确的数学模型，克服了系统易受扰动，稳定性差的毛病，使系统具有耦合小，鲁棒性及故障稳定性强的特点，但INA法设计磨煤机控制系统需相应的CACSD软件支持，而且系统设计复杂。
(3)球磨机制粉系统的自寻优控制
当制粉系统处于稳态工况时，常规的控制方式可以维持系统运行在给定料位下，但无法保证运行的经济性。对于磨煤机系统来说，最佳料位不是一成不变的，钢球的磨损、煤种的变化等都会使最佳料位产生漂移，因此控制系统应能够实时自动跟踪料位变化，在运行中不断修正控制参数，使控制对象始终运行在最佳工作状态。为提高球磨机的效率，工程技术人员提出了采用预估比较的动态步进搜索法，输入信号不作连续变化，而是在起始状态的基础上作一个有限的变化，然后测量由于输入信号的改变引起输出量变化的大小和方向，等辨明方向后，再按需要的方向调节被控对象的输入。
利用给煤量的自适应优化控制，可以使制粉系统在安全运行的前提下，确保其处于或接近最佳工况，使制粉系统出力最大，系统制粉电耗最小，即通过改变给煤量来计算单耗，判断单耗变化方向，再控制给煤量朝着单耗减小的方向变化。为了使给出的设定值能实时跟踪球磨机的最佳工作点，在自寻优的过程中，需要给出一个振动信号变化的整定值AYo。如果检测到的振动信号变化的变化值，说明这时球磨机的工作点在最大出力的左边，因此应加大设定值R，反之应减小设定值R，重复几次调整后可使系统稳定运行在最大出力点。自寻优的引入，使控制系统能自动跟踪最大出力点的漂移，保证球磨机始终运行在最大出力点。
但是球磨机单耗的计算没有统一的算法，若以给煤机的给煤量近似表示球麽机负荷，并不能准确测得球磨机的实际出力，也无法正确计算出单耗，那么在线寻优也并非为最优，另外该方法调节动作频繁不利于系统的稳定运行。自寻优控制的优（未完待续）
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