水隔离浆体泵建模与控制

摘要

浆体管道输送是近几十年才出现的一种新的运输方式，具有投资少、运费低、管理方便等优点，而泵送设备是浆体管道的核心设备，直接影响浆体管道的输送能力。水隔离浆体泵是一种具有高扬程、流量适应范围大、输送浆体浓度高、使用寿命长的新型泵送设备，它是对控制要求较为复杂的输送设备，如控制动作复杂、运行状态变化大和规律性差等，是具有非线性、时变的系统，因此很难用常规的控制方法进行控制。衡量水隔离浆体泵控制的重要指标是混浆和清水损失，要避免混浆，同时使清水的损失量尽量减小。
　　 本文首先分析了隔离罐中浮球的运动，利用流体力学的基本原理，推导出水隔离浆体泵分别在进浆时和排浆时的数学模型，该模型是非线性动态数学模型。通过数学模型的建立，得出混浆的原因以及影响清水损失的因素。据此在周期控制的前提下设计了水隔离浆体泵的整体控制方案，保证料仓液位高度不变，浮球在隔离罐的中间运动，浮球速度变化缓慢，从而将浆体连续不断地输送到尾矿库，同时可以避免混浆，有利于减小清水的损失量。
　　 首先采用了PID控制对水隔离浆体泵进行控制，由于被控对象具有时变、非线性等特点，PID控制效果不是很好。主要体现在，外部来浆流量变化时的控制效果不是很好。因此，采用T-S型模糊RBF神经网络进行控制，因为T-S型模糊推理系统能够在线修正参数，而且RBF神经网络在满足一定条件时，与模糊推理系统具有等价性，该系统还具有鲁棒性，对干扰信号不敏感，具有自适应性等特点。通过仿真可以发现，T-S型模糊RBF神经网络控制时，进浆流量能更好地跟踪外部来浆流量，中心位置性能指标和清水损失量都比较小，能达到更好的控制效果。

目录

文摘

英文文摘

第1章 浆体管道输送系统概述

1.1 浆体管道输送

1.1.1 浆体管道发展概述

1.1.2 浆体管道输送特点

1.2 浆体管道输送系统的构成

1.2.1 浆体制备系统

1.2.2 浆体输送系统

1.2.3 浆体的脱水与贮存

1.3 浆体管道的泵送设备

1.4 水隔离浆体泵概述

1.4.1 水隔离浆体泵的现状及问题

1.4.2 衡量水隔离浆体泵控制的指标

1.5 本文的研究工作及内容安排

1.6 本章小结

第2章 水隔离浆体泵建模

2.1 水隔离浆体泵的组成

2.2 水隔离浆体泵的工作原理

2.3 隔离装置浮球的分析

2.3.1 混浆机理分析

2.3.2 浮球受力分析

2.3.3 进浆过程浮球运动分析

2.3.4 排浆过程浮球运动分析

2.4 水隔离浆体泵的管路分析

2.4.1 管路中沿程阻力分析

2.4.2 管路中局部阻力分析

2.4.3 进浆过程管路分析

2.4.4 排浆过程管路分析

2.5 模型参数的确定

2.6 本章小结

第3章 水隔离浆体泵控制

3.1 控制方案

3.1.1 周期控制

3.1.2 进浆流量控制

3.1.3 排浆流量控制

3.2 控制结构图

3.3 PID控制

3.3.1 PID控制的分类

3.3.2 基于Simulink的PID控制的设计

3.4 PID控制的仿真及效果分析

3.5 本章小结

第4章 水隔离浆体泵的智能控制

4.1 模糊神经网络概述

4.1.1 模糊神经网络的发展现状

4.1.2 模糊系统和神经网络的互补性

4.1.3 模糊神经网络的优点

4.2 T-S型模糊RBF神经网络

4.2.1 结构的设计

4.2.2 参数调整算法

4.3 T-S型模糊RBF神经网络控制仿真

4.4 T-S型模糊RBF神经网络与PID控制效果的比较

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢