基于离散元素法的动态配料模型预测控制算法研究

摘要

在工艺精细化生产过程中，配料过程作为加工过程的前置环节对最终的生产结果起着至关重要的作用，决定了整个工业产品的质量，如何实现快速配料的同时保证配料的精度始终是目前工业生产过程中的一大难点。目前动态配料过程中，原料堆积密度不均匀、系统运行存在大滞后等诸多问题，导致配比精度很低，难以达到物料流量高精度控制的要求，而存在扰动、滞后特点的系统控制问题始终是控制界研究的热点与难点。因此，本文以某建材企业生产线中动态配料系统为研究背景，针对存在物料堆积密度波动、系统滞后等问题的配料过程的控制算法展开了研究。
　　本文从动态配料系统运行工艺分析入手，分析动态配料系统配料过程所用到的基本设备以及生产工艺流程，并在此基础上分析影响动态配料精度的主要因素，从而建立动态配料的系统模型。为了分析物料堆积密度波动对配料精度的影响，本文在离散元仿真软件EDEM中搭建动态配料系统仿真平台，并通过对动态配料现场数据的分析得到了离散元仿真中重要参数的设定值，在此基础上设计一组离散元仿真实验，统计分析仿真实验中动态配料系统模型各部分物料流量的变化数据，得出物料堆积密度波动的规律。同时，本文采用料斗流量控制阀门高度与喂料皮带运行速度协同控制颗粒流量的方式，以达到更加及时地控制物料实际量的目的。为了得出上述两个控制量之间的关系，本文对匀速下料过程中颗粒料层高度进行回归分析并得出二者之间的关系，从而动态配料系统考虑为SISO系统。针对动态配料过程中存在物料堆积密度波动的现象，本文采用系统开环传递函数与物料堆积密度波动的规律来共同描述被控对象，并针对动态配料系统的开环传递函数特点以及物料堆积密度波动大小所服从的规律，采用模型预测控制技术分析设计出一种广义预测控制算法，并在MATLAB上编程仿真分析。仿真结果表明本文动态配料广义预测控制算法具有良好的鲁棒性和跟随性，同时达到了建材产品配料比控制精度提高到?3％的高精度配料要求，能够对工业生产中动态配料过程的研究提供一定的理论依据与模型参考。

目录

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要研究内容

1.4 论文内容安排

2 动态配料系统配料模型的构建

2.1 动态配料系统运行工艺分析

2.2 影响配料精度的因素分析

2.3 动态配料的系统模型

2.4 本章小结

3 动态配料离散元模型

3.1 动态配料现场数据分析

3.2 离散元素法基本理论

3.3 离散元仿真模型的建立

3.4 离散元仿真结果

3.5 本章小结

4 动态配料控制算法的分析与设计

4.1 动态配料系统的总体控制方案

4.2 下料量扰动描述

4.3 预测控制算法的分析与设计

4.4 本章小结

5 动态配料控制算法仿真与结果分析

5.1 动态配料控制算法的参数设计

5.2 仿真结果及分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 动态配料GPC算法MATLAB仿真程序

B. 作者在攻读学位期间发表的论文或专利目录：

C. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录：