球磨機系統(tǒng)的仿真研究
基于球磨機系統(tǒng)的時變性，采用多個模型描述其動態(tài)特性。系統(tǒng)輸出信號Y=[TP]T，輸入信號U=[RW]T，則被控對象可描述為Y=GU。其中，T為磨出口溫度，P為傳遞函數矩陣。文獻對某球磨機在不同工況下的運行情況進行辨識，得到不同工況下相互耦合的溫度和負壓回路的兩模型如下：
按照G1（s）進行設計，由下公式（8）可知系統(tǒng)的相對增益矩陣為
由公式（19）可知配對方式選擇對角線配比，即熱風量R控制溫度T，再循環(huán)風量W控制負壓P，負荷工藝要求。按照表1求得此球磨機系統(tǒng)的逆向解耦控制器為：
解耦后的被控對象變?yōu)閮蓚€單回路系統(tǒng)，即將本例與傳統(tǒng)的對角矩陣解耦控制方法比較，把對角矩陣解耦控制中的解耦控制器記為D，期望的對角矩陣仍為Q，則有：
雖然逆向解耦和對角陣解耦均可將球磨機系統(tǒng)解耦成兩個單回路系統(tǒng)，但由分析可知該對解耦矩陣含有s的6次項，實際構造結構太復雜，不利于工程實現，并且計算量很大。而逆向解耦控制器結構簡單，動態(tài)解耦效果良好，易于物料實現，突顯了其適合與高階的過程對象解耦的優(yōu)點。
對解耦后的廣義被控制對象進行內?？刂破髟O計，得內?？刂破鳛椋?/p>
其中的
，
為濾波器的時間常數，其值通過Simulink進行防真求得。根據控制輸出的動態(tài)性能求得濾波器的時間常數
。
根據前問介紹的IMC-PID轉換方法得到本系統(tǒng)PID控制器參數為：
根據此參數對加解耦合的廣義被控制對象進行PID控制器設計及Simulink仿真，如圖4所顯示。
PID控制的階躍響應控制仿真結果如下圖5所顯示。
基于球磨機系統(tǒng)的時變性，當被對象由G1（s）變?yōu)镚2（s）時，驗證所設計的PID控制器對被控對象的魯棒性，仿真結構如下圖6所顯示。
由上圖5和圖6的仿真曲線可以看出，在標稱情況下，磨出口溫度和磨入口負壓的階躍響應的動態(tài)性能參數良好，超調較小，響應速度較快，基本無耦合作用。并且在當被控對象改變時，所整定的PID控制器不僅有良好的調節(jié)性能還有很好的魯棒性能，其系統(tǒng)輸出響應性能指標沒有惡化。
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