|
МІНІСТЕРСТВО освіти і НАУКИ УКРАЇНИ
КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
УДК 621.926:534.16
МОРКУН НАТАЛІЯ ВОЛОДИМИРІВНА
АДАПТИВНА СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ ПРОЦЕСОМ МАГНІТНОЇ СЕПАРАЦІЇ ЗАЛІЗНИХ РУД НА БАЗІ ЗАСОБІВ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЮ
Спеціальність - 05.13.07
Автоматизація технологічних процесів
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Кривий Ріг – 2005
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Одним з основних показників якості, що визначають цінність сировини для металургійних підприємств, є стабільно високий вміст корисного компоненту в рудному концентраті. Останнє можливо забезпечити лише за умови безперервного оперативного контролю й ефективного управління всіма технологічними процесами переробки руди.
Врахування поточних характеристик сировини, що переробляється на збагачувальних фабриках, і стану технологічного устаткування при формуванні керуючих впливів у системах автоматичного управління дозволяє оптимізувати технологічний процес, підвищити його техніко-економічні показники. Так, збільшення вмісту заліза в концентраті з 64 до 65% дозволяє: в агломераційному переділі зменшити витрати руди на 29-32 кг/т, флюсів - на 30 кг/т; у металургійному переділі зменшити витрати коксу на 2,6 - 2,8%, підвищити відносну продуктивність доменної печі на 4,5-5%. Все це дозволяє зменшити сумарні витрати на виробництво чавуну приблизно на 4%.
Для багатьох технологічних агрегатів на залізорудних збагачувальних фабриках залежність між основними вхідними й вихідними параметрами має екстремальний характер. Крім того, майже для всіх технологічних процесів можна визначити техніко-економічні показники, що характеризують ефективність їхньої роботи, які також необхідно підтримувати на екстремальному рівні. Все це є передумовами для широкого використання на збагачувальних фабриках адаптивних систем екстремального управління. Однак їхнє впровадження гальмує відсутність ефективних алгоритмів пошуку екстремуму характеристик реальних інерційних об'єктів із запізнюванням при наявності збурюючих впливів і перешкод у контрольованих сигналах та пристроїв для оперативного контролю якості залізорудної сировини у реальному масштабі часу.
Таким чином, підвищення ефективності автоматичного управління процесами магнітного збагачення залізних руд є науковою проблемою, рішення якої особливо актуально для економіки України, оскільки дозволяє на діючих потужностях гірничих підприємств підвищувати якість готової продукції та зменшувати енерговитрати при її виробництві.
Зв'язок дисертації із планом основних науково-дослідних робіт університету. Робота виконана в науково-дослідній частині Криворізького технічного університету відповідно до планів, затверджених Міністерством освіти і науки України та на виконання Програми міністерства промислової політики України і є складовою частиною держбюджетних НДР № 30-60-00 “Дослідження та розробка енергозберігаючих збагачувальних технологій на базі теорії розповсюдження ультразвукових хвиль і гама-випромінювання в рудовміщуючих матеріалах” (номер держреєстрації 0100U006494) і НДР № 30-65-03 “Дослідження та розробка теорії взаємодії електромагнітного випромінювання частотою 1014-1022 Гц із марганцевмісними рудами для створення енергоефективної технології збагачення” (номер держреєстрації 0103U001972).
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є створення теоретичної бази й розробка адаптивної системи управління процесом магнітної сепарації, яка мінімізує час пошуку екстремуму характеристик динамічних об'єктів в умовах впливу збурювань і перешкод у контрольованих сигналах, на базі виявлених закономірностей процесу поширення хвиль Лемба по поверхні, що контактує з випадково-неоднорідним гетерогенним середовищем при наявності магнітного поля.
Сформульована мета дисертаційної роботи обумовила необхідність вирішення таких задач:
- розробка теоретичних основ оптимального управління процесом магнітної сепарації залізних руд, заснованих на формуванні керуючих впливів у дискретній пошуковій системі екстремального управління в умовах неповної й нечіткої інформації про об'єкт управління на базі вимірів різниці послідовних змін регульованої координати між кроками виконавчого механізму та за час чистого запізнювання об'єкта управління, а також з урахуванням поточного положення регульованої координати щодо точки екстремуму;
- розробка та дослідження алгоритму екстремального управління інерційними об'єктами із запізнюванням, що забезпечує пошук екстремуму за мінімальний час на базі вимірів регульованої координати через проміжки часу між кроками виконавчого механізму, обумовленими динамічними характеристиками об'єкта управління;
- установлення умов та параметрів стійкого пошуку екстремуму в адаптивній системі управління процесом магнітної сепарації при наявності збурюючих впливів і перешкод у контрольованому інформаційному сигналі;
- дослідження процесу поширення ультразвукових коливань по поверхнях, які контактують з випадково-неоднорідним гетерогенним середовищем при наявності магнітного поля;
- розроблення способу ультразвукового контролю вмісту корисного компонента (заліза-магнетиту) у потоці пульпи на базі вимірів величини загасань хвиль Лемба, які поширюються по металевій пластині, що контактує з потоком залізорудної пульпи при наявності магнітного поля та без нього;
- розроблення адаптивної системи управління процесом магнітної сепарації залізних руд на базі засобів ультразвукового контролю та здійснення її практичної реалізації.
Об’єкт дослідження – технологічний процес магнітного збагачення залізних руд.
Предмет дослідження – адаптивна система управління процесом магнітної сепарації залізних руд на базі засобів ультразвукового контролю параметрів пульпи.
Методи дослідження:
- аналіз вітчизняного та зарубіжного досвіду, систематизація існуючих підходів і методів оптимізації управління процесом магнітної сепарації залізних руд для обґрунтування актуальності, мети і задач дослідження;
- методи оптимального управління;
- елементи математичного апарату нечіткої логіки для підвищення ефективності адаптивного управління процесом магнітної сепарації в умовах неповної інформації про об’єкт та дії інтенсивних збурювань;
- метод стохастичної апроксимації для підвищення ефективності оптимального управління;
- методи чисельного моделювання для синтезу та аналізу математичної моделі системи екстремального управління;
- комп’ютерні інформаційні та програмні технології для реалізації розробленого алгоритму пошуку екстремуму у вигляді програмного забезпечення.
Наукова новизна одержаних результатів:
1. Сформульовано умови й уточнені закономірності процесу пошуку екстремуму цільової функції в дискретній системі автоматичної оптимізації процесу магнітної сепарації залізних руд, у результаті чого вперше встановлено, що в умовах змінних фізико-механічних і хіміко-мінералогічних характеристик переробляємої руди, мінімальний час пошуку забезпечується при формуванні керуючого впливу на підставі різниці не менш двох синхронно обмірюваних значень послідовних змін вихідної координати об'єкта управління між кроками виконавчого механізму та за час чистого запізнювання, обмірюваного з моменту його кроку, з урахуванням поточного положення регульованої координати щодо точки екстремуму, у вигляді кусочно-постійних функцій, які приймають граничні значення припустимих керувань, параметри яких визначаються вхідними динамічними характеристиками об'єкта.
2. Встановлено закономірності екстремального управління інерційними об'єктами із запізнюванням зі змінними статичними та динамічними характеристиками, що забезпечує мінімальний час перехідних процесів у системі, на базі вимірюваних значень регульованої координати через проміжки часу між кроками виконавчого механізму, що формуються згідно з поточними значеннями статичних і динамічних характеристик об'єкта, які визначаються в умовах дії інтенсивних збурювань, як нечіткі множини, ступінь приналежності до яких задається предикатами відносин.
3. Встановлено умови і вперше визначені параметри сталого пошуку екстремуму в системі автоматичного управління процесом магнітної сепарації залізних руд, що реалізує запропоновані принципи пошуку, при наявності інтенсивних збурюючих впливів на об'єкт управління і шумів у контрольованих сигналах.
4. Вперше встановлені закономірності формування керуючого впливу в системі автоматичної оптимізації процесу магнітної сепарації залізних руд, на базі обмірюваної різниці величини загасання хвиль Лемба, що поширюються по поверхні, яка контактує з потоком залізорудної пульпи при наявності магнітного поля та без нього.
Вірогідність та обґрунтованість отриманих результатів підтверджується тим, що в роботі використовуються апробовані фундаментальні положення теорії автоматичного управління і теорії коливань, а також задовільною збіжністю результатів аналітичних і експериментальних досліджень та позитивними результатами перевірки в промислових умовах розроблених способів і засобів контролю й управління.
Наукове значення роботи полягає в подальшому розвитку теорії оптимального управління процесом магнітної сепарації залізних руд на базі способів ультразвукового контролю параметрів пульпи.
Практичне значення дисертаційної роботи й використання її результатів. Практична цінність отриманих результатів полягає в розробці:
- алгоритмів і програм адаптивного оптимального управління процесом магнітної сепарації залізних руд на базі засобів ультразвукового контролю параметрів пульпи;
- технічних засобів ультразвукового контролю вмісту заліза в потоці пульпи на базі вимірів загасання хвиль Лемба, що поширюються по поверхні, яка контактує з випадково-неоднорідним гетерогенним середовищем при наявності магнітного поля.
Результати роботи впроваджено на гірничих підприємствах Кривбасу, що входять до складу Державної акціонерної компанії “Укррудпром” (річний економічний ефект від впровадження дорівнює 51247 гривень), а також використано при проектуванні й освоєнні технічного й алгоритмічного забезпечення систем автоматичного управління технологічними процесами на збагачувальній фабриці Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд (очікуваний економічний ефект становить 72645 гривень).
Особистий внесок здобувача полягає у формуванні мети, наукових положень і завдань досліджень, розробці теоретичної бази формування керуючих впливів у системі екстремального управління динамічними об'єктами, що дозволяють при наявності збурювань і перешкод у контрольованому сигналі досягати екстремуму характеристики об'єкта управління за мінімальний час, розробці алгоритму адаптивного управління процесом магнітної сепарації на базі різниці вимірюваних значень загасання хвиль Лемба, що поширюються по поверхні, яка контактує з потоком пульпи при наявності магнітного поля і без нього, дослідженні умов і параметрів стійкого пошуку екстремуму в адаптивній системі управління процесом магнітної сепарації.
Апробація дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на науково-технічних конференціях і семінарах у Криворізькому технічному університеті в 2000-2004рр., XII науково-технічній конференції за участю зарубіжних фахівців “Датчики і перетворювачі інформації систем виміру, контролю й управління” (м. Судак, 2000 р.), науково-технічній конференції “Основні напрямки розвитку гірничо-металургійного комплексу України в XXI сторіччі” (м. Кривій Ріг, 2001 р.), III Міжнародному симпозіумі “Оперативний контроль і управління якістю мінеральної сировини” (м. Кривій Ріг, 2002 р.), науково-технічній конференції “Проблеми розвитку Криворізького залізорудного басейну” (м. Кривій Ріг, 2002 р.), на VI Всеукраїнській (I Міжнародній) науковій конференції з прикладної математики та інформатики (м. Львів, 2003 р.), на Міжнародній науково-технічній конференції “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості” (м. Кривий Ріг, 2004 р.).
Публікації. По темі дисертації опубліковано 20 робіт, у тому числі 15 статей у науково-технічних журналах і збірниках наукових праць, рекомендованих ВАК України. Пріоритет основних наукових і технічних рішень, що реалізують запропоновані в роботі принципи підвищення ефективності автоматичного управління процесом магнітної сепарації залізних руд, захищено 3 патентами України.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 188 сторінках, складається із введення, чотирьох розділів, містить 10 таблиць, 53 рисунки на 41 сторінках, список використаної літератури з 124 найменування на 11 сторінках і 7 додатків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі показана актуальність теми, сформульована мета і коротко викладено структуру і основні положення роботи.
У першому розділі досліджена проблема підвищення ефективності автоматичного управління процесом магнітної сепарації залізних руд і обґрунтовані основні напрямки її вирішення.
Значний внесок в рішення науково-технічних задач управління процесами магнітної сепарації внесли вітчизняні та зарубіжні вчені: Е.А. Арєф’єв, Л.М. Барський, В.А. Бунько, В.А. Воронов, И.Г. Гринман, А.А. Іванов, В.В. Кармазін, В.З. Козін, Ю.Г. Качан, В.І. Козлюк, Є.В. Кочура, Г.М. Куваєв, А.Н. Марюта, В.М. Назаренко, В.А. Олевський, В.С. Процуто, Н.Е. Троп, Г.А. Хан, В.П. Хорольський, В.М. Чермалих, В.П. Яшин, Д. Ватсон, Л. Лінч, Д. Паунолл та інші.
В умовах змінних характеристик вихідної руди й стану технологічного устаткування кінцеві показники роботи збагачувальної фабрики в значній мірі залежать від ефективності автоуправління технологічними агрегатами, що визначається, у першу чергу, якістю його інформаційного й алгоритмічного забезпечення.
На підставі аналізу існуючих методів та систем оптимального управління технологічними процесами збагачення залізних руд зроблено висновок, що основною проблемою досягнення високої якості екстремального управління процесом магнітної сепарації залізних руд є урахування при формуванні управляючих дій інерційних властивостей об'єктів управління з нелінійними характеристиками, що змінюються в залежності від якості вихідної сировини і стану технологічного устаткування.
Для ефективного автоматичного управління процесами збагачення залізних руд в умовах змінних характеристик технологічних агрегатів при наявності різних впливів, що збурюють, і неповної й нечіткої інформації про об'єкт управління доцільно використовувати регулювання подачі вихідної руди і води в млин, а також щільності зливу класифікатора, що працює в замкнутому циклі із млином.
Для визначення вмісту корисних компонентів у руді, промпродуктах і кінцевих продуктах збагачення при побудові вимірювально-інформаційних систем на збагачувальних фабриках застосовуються інструментальні методи контролю. Однак існуючі способи і технічні засоби оперативного контролю вмісту корисного компоненту в потоці пульпи мають недоліки, що стримує їх промислове застосування. Найбільш перспективними і такими, що добре зарекомендували себе на практиці, є ультразвукові методи, а саме - способи на базі вимірювання параметрів хвиль Лемба, які поширюються по металевій пластині, що контактує з контрольованим середовищем.
Зроблено висновок про те, що в цей час на залізорудних збагачувальних фабриках існують всі необхідні передумови для широкого використання адаптивних систем екстремального управління технологічним процесом. Для їх впровадження потрібно розробити та дослідити алгоритми та системи автоматичного управління нелінійними об’єктами за змінними статичними та динамічними характеристиками в умовах неповної та нечіткої інформації про об’єкт управління та способи їх інформаційного забезпечення. По результатах дослідження проблеми підвищення ефективності автоматичного управління процесом магнітної сепарації залізних руд сформульовано мету і задачі дослідження.
У другому розділі розроблено теоретичні основи оптимального управління процесом магнітної сепарації залізних руд з урахуванням варіацій статичних і динамічних характеристик нелінійного об'єкта управління.
У результаті виконаного аналізу зроблено висновок, що для оптимізації процесу магнітної сепарації доцільно використовувати загальноприйняті технологічні і техніко-економічні критерії. Оскільки залежність показника ефективності процесу магнітної сепарації від вхідних змінних носить екстремальний характер, система автоматичного управління цим процесом повинна забезпечувати його досягнення за мінімальний час.
Модель процесу магнітної сепарації, покладена в основу управління ним, повинна враховувати зміни хіміко-мінералогічних та фізико-механічних характеристик руди, що переробляється, режимів подрібнення і стану технологічного обладнання.
В умовах неповної і нечіткої інформації про об'єкт автоматичний пошук є ефективним методом формування управління, який забезпечує оптимальне значення показника якості.
Для зменшення великих і тривалих коливань в екстремальних системах управління застосовують крокове регулювання. При досить великій частоті робочих сигналів і пауз між ними кроковий спосіб управління практично не відрізняється від безперервного.
У роботі об’єкт управління представлено у вигляді послідовності трьох ланок: вхідної лінійної динамічної, нелінійної статичної і вихідної лінійної динамічної. В якості регулюючих параметрів обрано зміни кількості вихідної руди у млин та додаткової води у ванну класифікатора.
Знаходження керуючого параметру β екстремального об'єкта вирішується рівнянням
 ,
де Δβ – величина пробного кроку.
Значення  доступні безпосередньому виміру і тому наближене значення похідної J може бути обраховане шляхом обчислення результатів вимірів при двох значеннях керуючого параметру (віддалених один від одного на величину 2Δβ). Оскільки випробування об'єкта пробними кроками керуючого впливу вимагають певного часу Т, то використовується дискретний алгоритм пошуку екстремуму
 , (1)
k = 0, 1, 2, ... .
Для двохпараметричного об'єкта необхідно знайти не тільки значення робочого кроку, але і його напрямок у площині керуючих параметрів.
Рух у напрямку градієнта описується рівняннями
 (2)
 (3)
де  ;  оцінки частинних похідних характеристик об'єкта.
У загальному випадку багатопараметричного об'єкта алгоритм пошуку екстремуму має вигляд
 (4)
Якщо вимір вихідної координати об'єкта супроводжується перешкодами, алгоритм адаптації приймає такий вид
   .
Для збіжності процесу пошуку потрібно, щоб параметри робочого і пробного кроків задовольняли умовам
 ,  .
Це означає, що із зростанням k пробний крок повинен збільшуватися і перевищувати параметр робочого кроку. Разом із цим метод стохастичної апроксимації припускає, що  .
Крім того, метод накладає на функцію J додаткову умову, яка полягає в тому, що в районі її екстремуму повинна виконуватися нерівність
 , (5)
а швидкість зростання J при віддаленні від мети має бути не більше, ніж у квадратичної параболи.
Для оптимізації динамічних характеристик системи, обумовлених вхідною лінійною частиною об'єкта управління, використаний метод, сутність якого полягає в тому, що екстремальний регулятор формує кроки виконавчого механізму, оптимальні з погляду загасання за мінімальний час перехідних процесів у системі.
Форма кроку виконавчого механізму є екстремаллю при рішенні задачі мінімізації часу перехідного процесу при відпрацьовуванні зміни ΔU вхідної координати лінійної частини об'єкту. Відповідно до принципу максимуму для об'єкта з лінійною частиною, описаною диференційним рівнянням першого порядку, екстремаль треба відшукувати в класі кусочно-постійних функцій, що приймають граничні значення припустимих керувань і мають постійне значення в інтервалі 0 ≤ t ≥ Δt*. Вираз для визначення величини Δt* має вигляд
 . (6)
Для оптимізації динамічних характеристик системи, обумовлених вихідною лінійною частиною об'єкта управління, застосовується метод, що дозволяє за початковою ділянкою перехідного процесу в об'єкті, викликаного зміною вхідного сигналу на крок Δх, визначити стале значення z(∞) вихідного сигналу z об'єкта, тобто значення вихідного сигналу об'єкта, обумовлене статичною характеристикою y = f(x). Значення z(∞) може бути обчислене за малий проміжок часу, тому витримка Δt між кроками виконавчого механізму може бути невелика і час пошуку екстремуму багаторазово скорочується.
При повній компенсації динаміки і запізнювання в об'єкті пошук екстремуму здійснювався б по статичній характеристиці об'єкта. У цьому випадку реверс виконавчого механізму визначається наступною нерівністю
 , (7)
де δ - зона нечутливості оптимізатора.
Зміна вихідного сигналу об'єкта в результаті n-го кроку виконавчого механізму визначається наступним виразом
 ,  ,
 ; ; ;  ;  .
Рекурентні формули для f(xn) і f(xn-1) мають вигляд
 . (8)
Згідно з вищенаведеним управління формується згідно такого виразу
 . (9)
Таким чином, для обчислення оператора U вимірюються дві останні зміни вихідної координати об'єкта за час Δt між кроками виконавчого механізму Δzn і Δzn-1, а також дві останні зміни виходу z за час чистого запізнювання τ, відлічуваного з моменту кроку виконавчого механізму.
Запропоновано спосіб підвищення ефективності адаптивного управління процесом магнітної сепарації в умовах інтенсивних збурювань шляхом використання при його алгоритмізації елементів нечіткої логіки.
Розглянуто питання повноти і несуперечності сукупності правил управління; адекватності подання правил управління виду “якщо А, то В” нечіткими відносинами, обумовленими різними способами; правильності способу висновку, заснованого на (maх-min-) композиції і можливості використання інших видів операції композиції.
Вимога повноти для логічної системи, побудованої по узагальненому принципу “якщо Аi, то Вi”, i=1, 2, .., n, застосованому для нечітких чисел, зводиться до формалізації типу
 ,
де Supp Ai – носій нечіткої множини Ai.
Тобто, для кожного поточного стану х процесу керування існує хоча б одне керуюче правило, посилка якого має ненульовий ступінь приналежності для цього стану х.
Ступінь несуперечності i-го й k-го правил задається величиною
 .
Підсумовуючи по k, одержуємо оцінку несуперечності i-го правила в системі
 .
Керуючі правила, що зв'язують лінгвістичні значення вхідних і вихідних змінних, мають вигляд
"якщо (Аi×Вi ), то Сi",
де (Аi×Вi) декартов добуток нечітких множин А і В, заданих на шкалах X і Y з функцією приналежності
певної на декартовому добутку множини вхідних змінних X ×Y.
При заданих значеннях А′, В′ вхідних змінних регулююче значення C′ вхідної змінної визначається на підставі композиційного правила виводу
 .
Функція приналежності нечіткого числа C′ має вигляд
 .
Числове значення z0 визначається при цьому з умови
 ,
де N – кількість точок в Z.
Керуючий сигнал формується в цьому випадку шляхом нечіткого логічного висновку на основі сформованої бази правил, а обчислення результатів виконується методом дефазифікації типу “центр ваги”.
У третьому розділі розроблено інформаційне забезпечення адаптивного управління процесом магнітної сепарації на базі методів ультразвукових вимірювань.
З огляду на те, що стінки технологічних апаратів і ємностей на збагачувальних фабриках, як правило, виготовляються з листового металу, при реалізації ультразвукового контролю параметрів середовищ, які з ними контактують, зручно використовувати хвилі Лемба (рис.1). Ці хвилі характеризуються досить великою концентрацією енергії й у меншому ступені, ніж хвилі Релея і Лява, піддані впливу збурюючих факторів. Наявність магнітного поля призводе до додаткового загасання і дисперсії швидкості ультразвукових коливань, що поширюються в середовищі.
Магнітна сприйнятливість контрольованого матеріалу залежить не тільки від об'ємної концентрації магнетиту, але й від середовища, у якому перебувають його частки. Магнітна сприйнятливість залізорудної суспензії практично прямо пропорційна концентрації в ній магнетиту.
На підставі виявлених закономірностей процесу поширення хвиль Лемба по металевій пластині, що контактує з потоком пульпи при наявності магнітного поля, розроблено спосіб контролю вмісту заліза-магнетиту в її твердій фазі.
При наявності магнітного поля (поперечного, Hz≠0, Hx=0; Hy=0) хвиля Лемба буде послаблятися за законом
 . (10)
Тут  - функція ослаблення хвилі при відсутності контактуючого рідкого середовища (води, пульпи і ін.),  - параметр, що враховує вплив магнітного поля (якщо Н=0, то  ),  - щільність матеріалу пластини.
Спосіб виміру зводиться до наступного. Вимірюється амплітуда хвилі з магнітним полем ( ) і без нього ( ) і обчислюється величина
 , (11)
звідки
 . (12)
Тут  .
Відповідно до методу контролю концентрації твердої фази пульпи на базі вимірів параметрів хвиль Лемба, що поширюються по металевій пластині, контактуючій з нею, і залежностей намагнічування залізорудної пульпи в магнітному полі, отримано наступний вираз для визначення частки феромагнітного компонента у твердій фазі пульпи
 . (13)
З урахуванням (13) одержимо
 . (14)
У чисельнику виразу (14) наведені відношення вимірюваних амплітуд хвиль Лемба в магнітному полі і без нього, а в знаменнику - відношення амплітуд хвиль Лемба при наявності пульпи і чистої води у вимірювальному модулі (без магнітного поля).
Калібрування пристрою ультразвукового контролю параметрів твердої фази пульпи проводилося в такий спосіб. При відсутності контрольованого середовища у вимірювальному модулі визначається амплітуда хвилі Лемба з магнітним полем ( ) і без нього ( ) та обчислюється величина
 , (15)
Для повітря магнітна проникність практично дорівнює 1 і тоді вираз (15) буде мати вигляд
 , (16)
звідки
 . (17)
Для визначення константи А3 виміри проводяться на реальній пульпі. Потім стандартними лабораторними методами у відібраній пробі вимірюється вміст магнітного компоненту. Значення коефіцієнта пропорційності А3 дорівнює
 . (18)
Проведеними дослідженнями встановлено, що величина, обчислена відповідно до виразу (14), не залежить від концентрації твердої фази і однозначно визначає вміст магнітного заліза в контрольованому обсязі пульпи.
Оперативне вимірювання вмісту заліза в пульпі дозволяє реалізувати формування практично любого технологічного або техніко-економічного критерію управління процесом магнітної сепарації.
У четвертому розділі приводиться опис розробленої адаптивної системи управління процесом магнітної сепарації залізних руд та результати її практичної реалізації.
Загальна структура оптимального управління процесом магнітної сепарації має вигляд, наведений на рис. 2.
При цьому прийняті наступні позначення: u1, u2 - вхідні параметри об'єкта управління; х1, х2 – вихідні параметри вхідних лінійних частин об'єкта по використовуваних каналах управління; у – вихідний параметр нелінійної частини об'єкта; z – вихідний параметр вихідної лінійної частини об'єкта; λ - неконтрольований збурюючий вплив; n - випадкова перешкода; W1, W2, W3 – вхідні та вихідні інерційні ланки із запізненням.
При оптимізованому пошуку пробні і робочі збурювання в рамках керувань u1 і u2 формуються так, щоб відповідні перехідні процеси у вхідних лінійних частинах об'єкта загасали за мінімальний час. При цьому виконуються всі необхідні обмеження по управліннях u1,u2 і фазових координатах х1,х2.
Одночасно сформовані збурювання використовуються для вимірювання змін величини z для ідентифікації статичної характеристики нелінійної частини об'єкта по кожному каналу.
Розроблено систему інформаційного забезпечення адаптивної системи управління процесом магнітної сепарації залізних руд. Визначено умови формування хвиль Лемба у вимірювальному модулі системи контролю заліза-магнетиту в пульпі. Виконано розрахунок магнітної системи вимірювального модуля та розроблено алгоритм вимірювань вмісту заліза-магнетиту у потоці пульпи.
За допомогою програмного пакета Matlab синтезована та досліджена модель розробленої адаптивної системи управління процесом магнітної сепарації залізних руд.
Випробування адаптивної системи управління процесом магнітної сепарації залізних руд проводилися на дослідно-промисловій установці галузевої проблемної лабораторії автоматичного контролю і управління якістю мінеральної сировини Міністерства промислової політики України.
У результаті проведених випробувань було встановлено, що помилка вимірів процентного вмісту твердого в пульпі становить 0,25 % абс, а помилка вимірів процентного вмісту заліза магнітного у твердій фазі пульпи становить 0,3 % абс.
Керуючі впливи формувалися на базі обмірюваних значень вмісту твердого і заліза магнітного відповідно до розробленого алгоритму адаптивного управління процесом магнітної сепарації.
На рис. 3 наведено результати пошуку екстремуму цільової функції в адаптивній системі екстремального управління при наявності шумів у контрольованому сигналі.
1 – y=f(x), δ = 0,1;
2 – y=1,33f(x), T1*=1,3T1, τ1*=1,2τ1, T3*=1,4T3, τ3*=0,7τ3, δ = 0,05
У результаті проведених досліджень встановлено, що пошук екстремуму в АСАУ носить стійкий характер при дрейфі статичної характеристики в межах ±50% від номінального значення, зміні параметрів динамічних ланок у межах ±70% і потужності шуму від 0 до 0,12. У разі довільних та короткочасних змін статичних і динамічних характеристик об’єкту управління найкращі параметри пошуку, траєкторія якого практично не змінюється, досягаються при відхиленні цих характеристик у межах ±25%, що повною мірою відповідає технологічним вимогам.
Розроблена адаптивна система, алгоритм і програмне забезпечення оперативного контролю і управління якістю мінеральної сировини впроваджені на гірничих підприємствах Кривбасу, що входять до складу Державної акціонерної компанії “Укррудпром”, результати роботи використані також при проектуванні і освоєнні технічного та алгоритмічного забезпечення систем автоматичного управління технологічними процесами на збагачувальній фабриці Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд.
ВИСНОВКИ
| 
