摘  要：分析了跳汰过程给料量的检测方法，建立了一个变结构的模糊控制系统用以跳汰过程给料量的控制，系统由3部分组成：Bang-Bang控制、保持控制和模糊控制。

    关键词：跳汰；选煤；给料量；变结构模糊控制

    中图分类号：TD455    文献标志码：A     文章编号：1003-0794(2007)03-0127-03

Abstract: Detection means of the feeding coal are analyzed in the jigging process,and puts forward a fuzzy control system of the variable construction in order to control the feeding coal. The fuzzy control system consists of three parts, Bang Bang control, keep control and fuzzy control.

Keywords: jig; washing coal; feeding coal; variable construction fuzzy control

    跳汰机控制的目的就是保证原煤在经过跳汰机洗选后，降低精煤的灰分和矸石中的带煤损失，提高精煤的产率，为此要求跳汰机在工作时，跳汰床层应具有适宜的松散度。实践证明，跳汰床层的松散度与跳汰机的选煤量即跳汰机工作时的给煤量具有很大的关系，给料量过大或过小都会影响床层的松散度，跳汰选煤中的给料量应当保持在一个稳定的范围内。跳汰机一般由2段组成：矸石段和中煤段。跳汰机的给料量主要由矸石段的矸石含量决定(矸石含量一般用矸石层高度表示)。

原煤中的矸石含量是不确定的，采用常规的控制方法已不适应，而模糊控制为这种不确定对象的控制提供了可行的方法。

    给料量受矸石段的矸石含量决定，因此采用适当的方法检测矸石段的矸石含量是控制的基础。

    由跳汰机的工作原理知，跳汰床层(包括矸石层)随着跳汰周期(上升期、膨胀期、下降期和休止期)的变化而进行上升和下降运动，矸石层的高度是床层在休止期落到筛板上时轻、重两产物分界处基元密度层的的高度，而不是跳汰周期中其他时刻和位置的高度，因此矸石层高度检测应当稳定地输出这个有代表性的信号，而不受其他因素的影响，而且当矸石层厚度发生变化时，应能及时反映，迅速跟随高度的变化。

    常用的矸石高度检测方法主要是浮标法。浮标作为跳汰床层的固体颗粒，安放在跳汰床层中，其密度等于矸石层和中煤层的分界层的密度，在跳汰过程中同其他物料一样，在垂直脉动水流的作用下，参加分层，按照各自的密度与同密度的颗粒一起处在相应的层位上，如图1所示(h为上升水流作用时浮标达到的最大位置，ho为分层后浮标的位置)。

    由上分析可知，只有在下降期结束到休止期的床层着床期时刻，浮标反应的信号才是矸石层的高度信号，即在一个跳汰周期内，此时传感器的输出值最低。据此，设计了浮标采样信号的中断处理程序，设床层的跳动频率为55Hz，则跳汰周期为1．1s，在1．2s内采样，中断采样时间为2ms，则每个跳汰周期可采得600个数据，找出其中的最小者即为矸石层的高度信号。为了提高采样精度，取5个跳汰周期作为测量信号，分别求取每个周期的最小值，再取平均值，作为最终的矸石层高度信号。这种检测方法，充分利用了计算机实时处理速度快的优点，可以准确地测出跳汰周期内床层的高度，减少外围电路的硬件费用，且具有较高的可靠性。程序用可编程控制器的梯形图语言编程，分为采样、中断和数据处理3部分。

    跳汰机给料量的模糊控制就是根据跳汰司机的操作经验进行控制，即矸石层的高度大说明矸石含量多，给料量多，应当适当减少；矸石层的高度小说明矸石含量少，给料量少，应适当增加。跳汰机给煤量模糊控制器如图2。

    模糊控制的给定值为矸石层的高度，模糊控制的输入为矸石层高度的偏差e和偏差变化率ec，模

    定义误差e、误差变化率ec和控制增量△“的语言变量均为7个，即负大(NL)、负中(NM)、负小(NS)、零(ZE)、正小(ps)、正中(PM)、正大(PL)。

    控制规则前件模糊变量(误差e和误差变化率 ec)的隶属函数定义为形状简单，计算容易的三角形隶属函数。控制规则的后件(控制增量△u)的隶属函数采用幅宽为零的棒形隶属函数，使解模糊格外简单，便于实现快速推理。

    表l是根据给料操作经验给出的模糊控制规则。主要原则是，当矸石层的高度降低时，应当增大给料量，当矸石层的高度升高时，应当减小给煤量。该表中共有49条控制规则，由于偏差e和偏差变化率Pc被划分为7个模糊变量，所以该表包含了最大的可能规则数，规则表示为

    由于结论的隶属函数定义为单值形式，模糊推理方法采用现在广泛应用的简易推理方法，其推理过程不需求解模糊关系。对于给定的模糊输入(e，ec)，利用“min”运算求出对每一条规则的作用强度αi=(i=1，2，3…，n；n,为规则数)：

    跳汰机在工作时，如果煤质比较好，矸石含量较少，跳汰机的处理量可以显著增大，跳汰司机在调整给煤量时一般不用作出判断，直接将给煤量加到一定数值。如果煤质比较差，矸石含量较多，使重床层的高度明显提高，为了保证洗选效果，给煤量应当显著减小，跳汰司机会直接将给煤量减少到一定数值。这2种情况下，使跳汰机能快速工作在一个比较合适的状态。依据跳汰司机的操作经验，在模糊控制器的基础上，提出了一个变结构模糊控制器(Bang- Bang控制、保持控制和模糊控制)，如图3所示。

控制器以最大的控制量实行Bang-Bang控制，使系统以最快的速度跟踪输入。

此时．系统误差不大，且系统朝误差减小方向移动，如果施加控制，可能造成系统反向误差，依次采取保持控制。

    当误差在其余空间时，执行前面设计的模糊控制。

    e1和e2为系统的特征参数。根据e1和e2可以确定控制系统的特征空间，如图4，特征参数识别就是依据浮标传感器测得的重床层的高度变化及其变化率，确定给料控制采取的方式。

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