Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ФЛОТАЦИОННАЯ ПЕНА КАК УПРАВЛЯЕМЫЙ ОБЪЕКТ

1.1 Свойства пены и пенообразователей

1.2 Анализ флотационной пены как управляемого объекта

1.3 Модель флотационной пены

1.4 Динамические характеристики

1.5 Статические характеристики

2. РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

2.1 Нечеткое управление

ВВЕДЕНИЕ

Применяемые в настоящее время технологии обогащения руд цветных металлов требуют значительного совершенствования, что обусловлено снижающимся содержанием ценных компонентов и усложнением минералогического состава. Повышение эффективности обогащения минерального сырья, снижение материальных затрат на переработку и повышение экологической безопасности горно-обогатительного производства требуют разработки и применения научно обоснованных методов автоматического контроля и регулирования технологического процесса.

Современный уровень развития техники в области автоматического управления флотационным процессом позволяет осуществить самые смелые идеи компьютерного управления технологическими операциями. Сегодня уже надежно освоены системы контроля и регулирования уровня пульпы и расхода воздуха во флотомашинах, контролируются нагрузка на секцию, плотность пульпы, объемные расходы пульпы, параметры ионного состава пульпы. Широко распространена система экспресс-анализа металлов в продуктах обогащения. Однако до настоящего времени вопрос компьютерного управления флотационными операциями остается проблематичным. Причина этого кроется в большой сложности, инерционности и многофакторности процесса флотации, а также существенной нелинейности описывающих его моделей.

В традиционных системах управления комплексом флотации не учитываются косвенные параметры, характеризующие процесс (скорость, размеры, цвет и форма пузырьков пенного продукта), ввиду отсутствия датчиков, позволяющих следить за этими параметрами, а характеристики пены зависят от минералогических свойств перерабатываемого сырья и применяемых реагентных режимов и тесно связаны с качеством выходного продукта. Поэтому особое место в системах управления технологическим процессом занимает развиваемое в последнее время направление технического зрения.

1. ФЛОТАЦИОННАЯ ПЕНА КАК УПРАВЛЯЕМЫЙ ОБЪЕКТ

1.1 Свойства пены и пенообразователей

Пена - это концентрированная эмульсия газа в жидкости. Содержание жидкости в пене - 2ч13%. Пена имеет ячеистую структуру и состоит из деформированных воздушных пузырьков, между которыми сохраняется тонкая плёнка воды с ПАВ.

При флотации получаются пены различного строения:

1. Пленочно-структурные

а) крупность пузырьков воздуха в верхних слоях пены больше чем в нижних;

б) толщина прослоек воды уменьшается при приближении к поверхности пены;

в) слой пены имеет большую высоту (5-20см);

д) крупные пузырьки деформированы.

В ней содержится большое количество воды, подвижность весьма значительна.

2. Агрегатные пены - состоят из крупных частиц скрепленных множеством пузырьков, размеры которых небольшие. Содержат небольшое количество воды, являются достаточно устойчивыми, но при падении в желоб легко разрушаются.

3. Пленочные пены - имеют небольшую высоту, минеральные частицы очень крупные. Обычно сильно гидрофобные. Образование агрегатной и пленочной пены наблюдается при флотации хорошо флотируемых полезных ископаемых. Крупное зерно флотируется рядом пузырьков, так как подъемная сила одного пузырька недостаточна.

Пена хрупкая, быстро разрушающается в машине, снижает извлечение. А слишком устойчивая - не транспортабельна, плохо перекачивается насосами. Попадая в сгуститель образует пленку, полезный компонент теряется со сливом сгустителя.

С чрезвычайно устойчивой пеной можно бороться следующими способами:

1. Орошением водой в желобах, однако если с водой захватывается воздух, то объем пены увеличивается.

2. Применением предельных углеводородов типа керосин, трансформаторное масло. Эти вещества вытесняют с межфазной границы ПАВ или образуют вторую жидкую фазу на границе жидкость-воздух. Поверхностное натяжение (у) станет постоянным, так как керосин не является ПАВ.

3. Использованием электролитов ( возможно слияние пузырьков).

4. Применением органических веществ (например, СЦЩ).

5. Гашением пены другой пеной, образованной другим вспенивателем (противоположного знака).

6. Использованием ультразвука.

7. Применением горячего пара.

8. Использованием вакуума.

9. Применением различных механических устройств и аппаратов.

Вторичное обогащение концентратов в пенном слое

Содержание флотируемого минерала по высоте пенного слоя значительно изменяется. Верхние слои пены содержат меньшее количество частиц пустой породы, чем нижние, так как они выпадают из пены как менее прочно прикрепленные к пузырькам и увлекаемые стекающими потоками воды. Поэтому верхние слои пенного слоя содержат наиболее чистый концентрат. Если снимать только верхнюю часть пены, то содержание флотируемого минерала в концентрате будет максимальным.

Флотационная пена должна удерживать всплывшие с пузырьками частицы флотируемых минералов. Опытами установлено, что значительная часть сфлотированного материала (около половины) выпадает из пены обратно в пульпу, в результате чего резко замедляется флотация и снижается извлечение. В пене должно происходить дополнительное обогащение концентрата вследствие избирательного выпадения частиц пустой породы. Пена не должна слишком быстро разрушаться и не должна быть слишком устойчивой.

Недостаточная устойчивость пены приводит к снижению извлечения ценных минералов в концентрат вследствие разрушения пены прямо в камере, так как пеногон не успевает сбросить ее в желоб. Чрезмерная устойчивость пены затрудняет транспортировку, снижает селективность перечистных операций, ухудшает процесс сгущения, приводит к механическим потерям со сливом сгустителей. Оптимальные свойства пены создаются правильным подбором вспенивателя и его расхода, что достигается путем постановки опытов с применением различных расходов различных вспенивателей. Такие опыты суммарно оценивают все свойства пенообразователя.

Для изучения свойств пенообразователя (изменение объема и устойчивости пены) применяют два метода: статический и динамический.

Статический метод заключается в наблюдении за скоростью разрушения пены в заданных условиях. Для этой цели в лабораторной флотационной машине или в стакане с мешалкой создают пену и наблюдают время ее разрушения.

Динамический метод заключается в измерении объема и времени существования пены. Сильные пенообразователи создают устойчивую и обильную пену и применяются при флотации крупных частиц, а слабые при селективной флотации.

Большая поверхность раздела газ-жидкость воздушных пузырьков, на которой происходит закрепление минеральных частиц, и необходимая прочность минерализованной пены на поверхности пульпы, обеспечивается при флотации применением пенообразователей или вспенивателей. Основным назначением реагентов-пенообразователей является увеличение дисперсности и стабилизации пузырьков воздуха в пульпе и повышение устойчивости пены, насыщенной частицами флотируемого минерала. Кроме основного действия пенообразователи замедляют всплывание пузырьков, а иногда влияют на собирательное действие реагентов и прочность прилипания частиц к пузырькам.

Реагенты-пенообразователи представляют собой поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные самопроизвольно адсорбироваться на поверхности раздела вода - воздух.

Адсорбция ПАВ - ориентированная, с нахождением полярной группы в воде, а гидрофобного радикала - на поверхности пузырька. Широко применяют реагенты с гидроксильной полярной группой (содержащие терпинеол, различные спирты). Эта группа реагентов слабо закрепляется на минералах, что благоприятно влияет на избирательность флотации.

Присутствие в молекуле пенообразователя одной - двух полярных групп вполне достаточно для их активного действия. Свойства пенообразователей во многом зависят от строения и размеров гидрофобного радикала. Молекулы пенообразователя, адсорбируясь на пузырьке воздуха, повышают устойчивость гидратных слоев оболочек пузырьков благодаря тому, что гидрофильная группировка атомов обращена в жидкую фазу и активно взаимодействует с молекулами воды. Это приводит к увеличению механической стойкости оболочек пузырьков и препятствует разрушению их при столкновении. Пенообразователи, молекулы которых содержат карбоксильные полярные группы, обладают значительным собирательным действием и называются реагентами пенообразователями-собирателями.

Действие пенообразователей зависит прежде всего от состава и строения их молекул, а также от концентрации этих реагентов в воде. Величина рН среды влияет на степень диссоциации пенообразователей в воде. Вспенивающее действие сильнее при наименьшей диссоциации. Пенообразователи, обладающие основными свойствами, лучше вспенивают в щелочной среде, кислотными свойствами - действуют активнее в кислой среде.

Температура пульпы значительно влияет на действие пенообразователей: с повышением температуры вспенивание возрастает. Это более заметно для реагентов, растворимость которых в воде зависит от температуры.

В практике флотации часто используют сочетание пенообразователей. В США около половины медных руд флотируют таким образом. Применение сочетания пенообразователей позволяет регулировать свойства пены в разных точках флотационного процесса. В большинстве случаев в качестве пенообразователей применяют различные побочные продукты химической, нефтехимической промышленности.

Механизм деиствия пенообразователей

1. Молекулы его создают адсорбционный слой из молекул воды, препятствуя коалесценции воздушных пузырьков, сохраняют их в течении достаточно длительного времени в дисперсном состоянии.

В отсутствии ПАВ пузырьки мгновенно коалесцируют. Особенно снижается коалесценция при малых (обычных) концентрациях пенообразователя.

2. Адсорбционный слой пенообразователя в оболочке пузырька, состоящий из гидротированных молекул увеличивает сопротивляемость оболочек пузырьков воздействию внешних сил, т.е. механическую прочность.

3. Возникновение адсорбционных слоев на оболочке пузырьков снижает скорость их движения в пульпе (за счет сферичности). Вследствии этого увеличивается продолжительность соприкосновения пузырьков с частицами и создаются условия для минерализации пузырьков.

4. Адсорбируясь вспениватель уменьшает у, а при увеличении объема пузырька увеличивает у т.е. делает пузырек устойчивей.

Каждой полярной группе соответствует своя определенная длина радикала. Для пенообразователей, имеющих одну и ту же полярную группу, радикал является определяющим в формировании пузырьков максимальной устойчивости. С увеличением или уменьшением радикала (против оптимального) эффективность пенообразователей уменьшается: при уменьшении радикала, это обусловлено чрезмерно быстрым выравниванием плотности адсорбционного слоя на поверхности пузырьков вследствие увеличения подвижности молекул пенообразователя, а также неспособностью их значительно изменить поверхностные натяжения в связи с уменьшением поверхностной активности пенообразователей с меньшим размером радикала; при увеличении радикала, - это обусловлено уменьшением растворимости пенообразователей, снижением концентрации и подвижности молекул пенообразователя в пульпе.

Для каждого пенообразователя существует своя оптимальная концентрация, при которой обеспечивается наиболее эффективная стабилизация пены. Значение ее отвечает оптимальной скорости выравнивания плотности адсорбционного слоя в зоне растяжения после деформации пузырька. При высоких концентрациях пенообразователя скорость выравнивания плотности будет чрезмерно высокой а "эластичность" пузырьков очень низкой; поэтому насыщенные растворы вообще не пенятся. При очень низких концентрациях пенообразователя недостаточная эластичность пузырьков и прочность пены обусловлена тем, что поверхностное натяжение раствора мало отличается от поверхностного натяжения чистой воды и изменение его, при растяжении пузырька не может быть значительным. Кроме того при малой плотности адсорбционного слоя полярные группы молекул пенообразователя удерживают меньшее количество молекул воды. Температура и рН влияют на действие пенообразователя в следствии изменения растворимости, концентрации и подвижности его молекул. Вспенивающее действие сильнее при наименьшей диссоциации. Пенообразователи, обладающие основными свойствами, лучше вспенивают в щелочной среде. Фенольные пенообразователи, обладающие кислотными свойствами, действуют активнее в кислой среде. Действие ОПСБ, ОПСМ, Э-1, ТЭБ, ИМ-68 почти не зависит от рН среды и они называются нейтральными.С повышением температуры вспенивание возрастает.

Повышение прочности закрепления пузырька на частице происходит за счет:

а) повышения гидрофобности частицы;

б) образования с собирателем, закрепившегося на поверхности, комплексов, способствующих прикреплению частиц к пузырьку;

в) уменьшения у ж-г и капиллярного давления;

г) повышения степени дисперсности собирателя.

Стабилизирующие влияние частиц тем больше чем они гидрофильнее. Кроме того устойчивость пены повышается более мелкими частицами, имеющими плоскую форму.

Если присутствуют микроскопические гидрофобные взвеси, то устойчивость пены снижается, так как эти частицы, налипая на поверхность пузырька уменьшают их гидротированность.

Сочетание собирательных и пеннообразующих свойств у одного и того же реагента, например, у карбоновых кислот, могут затруднять регулировку процесса.

Пенообразователи с гидроксильной полярной группой (OH) не обладают собирательными свойствами (это их достоинство!).

Сейчас для устойчивого ведения технологического процесса применяют смесь пенообразователей, отходы производств. Роль пенообразования при флотации заключается в том, что в зависимости от устойчивости пены будет изменяться извлечение ценного минерала в концентрат. Пена не должна быть слишком устойчивой и не должна быстро разрушаться.

Типы применяемых реагентов

Способность разделяемых минералов флотироваться, прочность пены, число и размеры пузырьков воздуха достигаются применением флотационных реагентов.

Флотационные реагенты делятся на два класса. К первому классу относятся реагенты, непосредственно взаимодействующие с поверхностью минералов. Ко второму - реагенты, действующие на поверхности раздела газ - жидкость.

Реагенты первого класса в зависимости от выполняемых функций подразделяются на четыре группы:

- коллекторы или собиратели - органические вещества, способные закрепляться на поверхности отдельных минералов и увеличивать их способность флотироваться;

- депрессоры или подавители - реагенты, понижающие флотируемость тех минералов, извлечение которых в пенный продукт нежелательно в данной операции. Главный, но не единственный механизм действия депрессора состоит в том, что они препятствуют закреплению коллектора на поверхности минерала;

- активаторы - реагенты, способствующие закреплению коллектора на поверхности минерала; их действие противоположно действию депрессоров;

- регуляторы среды - реагенты, влияющие на процессы взаимодействия коллекторов, депрессоров, активаторов с поверхностью минералов. Основное их назначение состоит в регулировании ионного состава пульпы, процесса диспергирования и коагуляции тонких шламов.

Депрессоры, активаторы и регуляторы среды часто относят к одной группе и называют модификаторами.

Реагенты второго класса получили название пенообразователей или вспенивателей. Вспениватели облегчают диспергирование воздуха на мелкие пузырьки, препятствуют их слиянию и повышают прочность пены.

Ко всем флотационным реагентам предъявляют следующие требования: селективность действия, стандартность качества, дешевизна и недефицитность, удобство в применении (устойчивость при хранении, легкая растворимость в воде, отсутствие неприятного запаха, не токсичность и т.д.).

Краткая характеристика и роль реагентов, применяемых на Гайской обогатительной фабрике.

Реагенты - собиратели

Собиратели представляют собой органические соединения, которые, избирательно закрепившись на поверхности гидрофильных минералов, уменьшают их смачиваемость водой и способствуют их прилипанию к воздушному пузырьку.

По способности диссоциировать на ионы собиратели подразделяются на ионогенные, распадающиеся на ионы в водной среде, и неионогенные, не распадающиеся на ионы.

В зависимости от того, какая часть молекул является адсорбционно активной - анион или катион ионогенные собиратели делятся на две группы: анионные и катионные. Анионные собиратели получили наибольшее распространение в практике флотации.

Ксантогенаты

Применяемые на фабрике, безводные щелочные: бутиловый C4H9OCS2K, изобутиловый C4H9OCS2K, изопропиловый C3H7OCS2K. Ксантогенаты в герметичной таре при комнатной температуре устойчивы длительное время. При высокой температуре, свыше 800С, каснтогенаты разлагаются с выделением различных газообразных продуктов: сероуглерода, окиси серы и другие, представляющих пожарную опасность и опасность отравления людей.

При длительном хранении во влажном состоянии ксантогенаты могут разлагаться с разогревом и самовозгораться.

При комнатной температуре разбавленные водные растворы ксантогенатов относительно стабильны.

При хранении ксантогенатов или их водных растворов необходимо предусматривать отсутствие контакта с кислыми парами или растворами.

Ксантогенаты легко образуют нерастворимые в воде соли с катионами тяжелых металлов.

Реагенты - модификаторы

Регуляторы, или модификаторы - это неорганические и органические соединения, способствующие избирательному закреплению собирателей или изменяющие гидратированность поверхности минералов. Регуляторы применяются в дополнение к собирателям и пенообразователям для повышения селективности флотации или извлечения минералов.

В зависимости от целевого назначения при флотации различают регуляторы активирующего, депрессирующего или подавляющего действия и регулятором среды. В определенных условиях один и тот же регулятор может выполнять различные функции.

Реагенты - пенообразователи

Реагенты - пенообразователи представляют собой поверхностно-активные вещества, способные адсорбироваться на поверхности "вода - воздух".

Их присутствие в пульпе повышает механическую прочность воздушных пузырьков, способствует сохранению их в диспергированном состоянии, улучшая тем самым условия прилипания частиц флотируемого минерала к пузырькам воздуха и устойчивость пены.

По флотационному действию вспениватели делятся на два типа: селективнодействующие и неселективнодействующие. Первые практически не обладают собирательными свойствами при флотационном обогащении, вторые имеют заметные собирательные свойства.

Селективно-действующие вспениватели необходимы для операций, в которых производится разделение близких по флотируемости минералов, как наличие у вспенивателей даже очень слабого собирательного действия может вызвать нарушение селективности этого процесса.

1.2 Анализ флотационной пены как управляемого объекта

Рисунок 1 - Флотационная пена как управляемый объект

обогащение металл флотационный пена

Применение систем технического зрения позволяет контролировать различные параметры пены. Благодаря этому стало возможно рассматривать флотационную пену как управляемый объект (рисунок 1).

Управляющие воздействия:

- б - угол поворота шибера;

- Qвозд - расход воздуха во флотомашину;

- Qреаг - расход реагента во флотомашину (известковое молоко, ксантогенат, купорос, пенообразователь).

Управляемые показатели:

- H - уровень пены;

- х - скорость схода пенного слоя;

- d - диаметр пузырьков пены;

- u - устойчивость пузырьков пены;

- c - цвет пенного слоя;

- b - толщина слоя пены.

Таким образом, анализируя флотационную пену как управляемый объект, в качестве возможных каналов управления можно принять:

б > H б > х

Qвозд > х Qвозд > d Qвозд > u Qвозд > b

Qреаг > d Qреаг > u Qреаг > c Qреаг > b

В этой области было проведено множество исследований и выявлены различные зависимости параметров пены с входными и выходными параметрами технологического комплекса флотации.

Особый интерес представляет возможность прогнозирования качества концентрата в реальном времени, сочетая такие параметры пены как размер и устойчивость пузырьков пены, цвет и скорость схода пенного слоя.

Существует линейная зависимость между скоростью схода пенного слоя и качеством концентрата. Чем меньше скорость, тем выше содержание полезного компонента в концентрате. Поэтому управляя скоростью схода пенного слоя, можно регулировать качество концентрата. Управление скоростью схода пенного слоя является наиболее быстрым из каналов управления.

Размер пузырьков имеет нелинейную зависимость с качеством концентрата. Малый размер пузырьков приводит к увеличению извлечения полезного компонента в концентрат, но чрезмерно малые размеры приводят к осложнениям в дальнейшей переработке флотационной пены. Устойчивость пузырьков тесно связана с размером. Малая устойчивость пузырьков пены приводит к уменьшению содержания полезного компонента в концентрате. Размер и устойчивость пузырьков регулируется изменением реагентного режима в технологическом комплексе флотации.

В медной флотации существует связь между качеством концентрата и цветом пены. Чем насыщеннее цвет пены, тем выше содержание меди в концентрате. В платиновой и молибденовой флотации отмечена связь между текстурой пены и качеством концентрата.

В настоящее время проводятся исследования по прогнозированию качества концентрата в реальном времени по параметрам пенного слоя.

1.3 Модель флотационной пены

Рисунок 2 - Алгометрическая структура модели флотационной пены

Она отражает связи управляющих воздействий (расход воздуха во флотомашину, угол поворота шибера, расход реагентов) с выходным параметром модели - содержанием меди в концентрате.

Параметрическая идентификация комплекса

Для получения результатов моделирования с достаточной для практики точностью, аппроксимируем передаточные функции по отдельным каналам звеном I порядка с запаздыванием:

;

Постоянная времени Тч машины чанового типа зависит от объемного расхода пульпы в неё (производительности) и рабочего объема чана. Она является величиной переменной, т.к. даже при нормальной эксплуатации объемный расход пульпы может меняться на 30 - 40 %.

, с

Рабочий объем камеры рассчитывается по формуле:

Vp = (0,7…0,8) Vг,

где Vг - геометрический объем чана флотомашины.

Постоянная времени, рассчитанная по этой формуле, является справедливой для каналов, динамические свойства которых определяются гидравлическими процессами либо совместными гидравлическими и кинетическими. Для каналов, динамические свойства которых определяются только кинетическими процессами флотации, постоянная времени увеличивается, т.к. они протекают медленнее.

, с

Время транспортного запаздывания по каналу отходов определяется гидравлическими процессами, происходящими во флотомашине, а именно накоплением пульпы и расходом ее через выходное отверстие.

, с

где:

h - степень открытия КРШ;

Sч - геометрическая площадь чана;

qо - объемный расход пульпы через выходное отверстие флотомашины.

Постоянная времени по каналу концентрата рассчитывается в зависимости от количества флотомашин в операции:

, с

где n - количество машин в операции.

По каналу концентрата время транспортного запаздывания рассчитывается по формуле:

фв ? 0,1 · Тв

Данные для вычислений взяты из технологической части работы, где приводятся параметры комплекса и составляющих его механизмов, а также исходного питания и продуктов обогащения.

; ; фв = 52.5с; ф'в = 75с.

Вычисленные значения динамических параметров звеньев и соответствующие передаточные функции для каждого канала представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Динамические параметры звеньев

№	Наименование канала	Обозначение и вид передаточной функции	Значения динамических параметров
			k	Т, с	ф, с
1			27.273	525	52.5
2			10.5	525	52.5
3			0.364	525	52.5
4			9.75	525	52.5
5			0.001	525	52.5
6			4.75	525	52.5
7			2	15	5
8			3	525	52.5
9			0,4	525	52.5
10			0,0006	750	75
11			10.5	750	75
12			0,0002	750	75
13			9.75	750	75
14			0.001	750	75
15			4.75	750	75
16			0.0006	750	75
17			10.5	750	75
18			0.0002	750	75
19			9.75	750	75
20			0.022	750	75
21			4.75	750	75
22			0.0009	750	75
23			10.5	750	75
24			0.0004	750	75
25			9.75	750	75
26			0.0044	750	75
27			4.75	750	75

При помощи программного пакета Matlab 2013a Simulink Toolbox на основании вычисленных значений параметров передаточных функций были получены динамические и статические характеристики с модели пенного слоя (рисунок 3)



Рисунок 3 - Модель пенного слоя в Simulink

1.4 Динамические характеристики

Рисунок 4 - Динамические характеристики по каналам

?Qвозд-х (синий), б(?H)-х (зеленый)

Рисунок 5 - Динамические характеристики по каналам

?Qт-80-х (синий), ?Qks-х (зеленый), ?QCaO-х (красный)



Рисунок 6 - Динамические характеристики по каналу ?Qвозд-d

Рисунок 7 - Динамические характеристики по каналу б-?Qcu



Рисунок 8 - Динамические характеристики по каналам

?Qт-80-d (синий), ?Qks-d (зеленый), ?QCaO-d (красный)

Рисунок 9 - Динамические характеристики по каналу ?Qвозд-u



Рисунок 10 - Динамические характеристики по каналам

?Qт-80-u (синий), ?Qks-u (зеленый), ?QCaO-u (красный)

Рисунок 11 - Динамические характеристики по каналу ?Qвозд-?Qcu



Рисунок 12 - Динамические характеристики по каналу ?Qt-80-?Qcu

Рисунок 13 - Динамические характеристики по каналу ?Qks-?Qcu



Рисунок 14 - Динамические характеристики по каналу ?QCaO-?Qcu

1.5 Статические характеристики

Рисунок 15- Статические характеристики по каналу ?Qвозд-?Qcu



Рисунок 16 - Статические характеристики по каналу б-?Qcu

Рисунок 17 - Статические характеристики по каналу ?QТ-80-?Qcu



Рисунок 18 - Статические характеристики по каналу ?Qks-?Qcu

Рисунок 19 - Статические характеристики по каналу ?QCaO-?Qcu

2. РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

2.1 Нечеткое управление

В зависимости от способа получения логических выводов из нечетких словесных правил различают два вида фази-регуляторов: реализующие концепцию Мамдани и реализующие концепцию Сугено. По концепции Мамдани фази-регулятор вырабатывает четкое, однозначное управляющее воздействие с помощью процедуры дефазификации. В регуляторе Сугено, конкретные значения управляющего воздействия вычисляются, как алгебраическая функция входных переменных.

Рисунок 20 - Функциональная структура системы фаззи-управления

На рисунке показана функциональная структура системы фази-управления, построенной на основе концепции Мамдани. Вся исходная эмпирическая информация о стратегии управления хранится в блоке «База правил» в виде правил условного логического ввода «ЕСЛИ…, ТО…», которые формулируются на основе тщательного изучения объекта управления (ОУ) и задачи управления, путем анкетного опроса специалистов-технологов, хорошо знающих ОУ.

В блоке нормировки фиксированные значения составляющих векторного сигнала ошибки нормируются умножением на соответствующие масштабные коэффициенты.

Блок фазификации выдает значения функций принадлежностей посылок, соответствующие фиксированным значениям всех i-х составляющих векторного сигнала ошибки.

Основным блоком фази-регулятора является блок инференц-процедуры, в котором вырабатываются нестрогие логические выводы в соответствии с исходными правилами, сформулированными экспертами по данному ОУ: с помощью союзов «И», «ИЛИ», т.е. с помощью соответственно операций минимизации и максимизации, все частные посылки одного правила объединяются в общую посылку; затем для каждого правила осуществляется операция активации - по алгоритму Мамдани определяется истинность заключения, которая не может быть больше результирующей истинности общей посылки данного правила; наконец с помощью союзов «ИЛИ», т.е. операции максимизации, находится усеченная результирующая функция принадлежности всех правил. В этом же блоке с помощью операции «ИЛИ», т.е. операции максимизации, происходит объединение (агрегирование) частных выводов в общий вывод, которому соответствует результирующая функция принадлежности.

В блоке дефазификации вычисляются фиксированные значения нормированного вектора управляющего воздействия, который затем денормируется делением всех составляющих на «свои» j-е коэффициенты.

Правило, посылка которого содержит союз «ИЛИ», может быть преобразовано в несколько правил с посылками, содержащими только союз «И». И наоборот - правила с одинаковым заключением могут быть объединены в одно правило с помощью союза «ИЛИ».

Из вышеизложенных принципов построения и функционирования систем фаззи-управления нетрудно установить, что фаззи-регулятор представляет собой безынерционный нелинейный преобразователь с одним или несколькими входными и выходными сигналами.

Управление скоростью схода пенного слоя осуществляется изменением расхода воздуха во флотомашину по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (скорость выше, чем требуемый установленный уровень скорости), ТОГДА (уменьшить подачу воздуха).

2. ЕСЛИ (скорость ниже, чем требуемый установленный уровень скорости), ТОГДА (повысить подачу воздуха).

Функции принадлежности для скорости схода пенного слоя показаны на рисунке 3.7.

Рисунок 21- Функции принадлежности для скорости схода пенного слоя

Функции принадлежности для расхода воздуха показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 22 - Функции принадлежности для расхода воздуха

Управление диаметром пузырьков пенного слоя осуществляется изменением расхода воздуха во флотомашину по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (диаметр пузырьков выше, чем требуемый установленный уровень диаметра пузырьков), ТОГДА (уменьшить подачу воздуха).

2. ЕСЛИ (диаметр пузырьков ниже, чем требуемый установленный уровень диаметра пузырьков), ТОГДА (повысить подачу воздуха).

Функции принадлежности для диаметра пузырьков схода показаны на рисунке 3.7.

Рисунок 23- Функции принадлежности для диаметров пузырьков пенного слоя

Функции принадлежности для расхода воздуха показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 24 - Функции принадлежности для расхода воздуха

Управление устойчивостью пенного слоя осуществляется изменением расхода воздуха во флотомашину по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (устойчивость пены выше, чем требуемый установленный уровень устойчивости пены), ТОГДА (уменьшить подачу воздуха).

2. ЕСЛИ (устойчивость пены ниже, чем требуемый установленный уровень устойчивости пены), ТОГДА (повысить подачу воздуха).

Функции принадлежности для устойчивости пены схода показаны на рисунке 3.7.

Рисунок 25- Функции принадлежности для устойчивости пенного слоя

Функции принадлежности для расхода воздуха показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 26 - Функции принадлежности для расхода воздуха

Управление уровня пульпы во флотомашине осуществляется изменением угла поворота шибера по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (уровень пульпы больше, чем требуемый установленный уровень пульпы), ТОГДА (уменьшить угол поворота шибера).

2. ЕСЛИ (уровень пульпы меньше, требуемый установленный уровень пульпы), ТОГДА (повысить угол поворота шибера).

Функции принадлежности для положения шибера показаны на рисунке 3.7.

Рисунок 27- Функции принадлежности для положения шибера

Функции принадлежности для уровня пульпы показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 28 - Функции принадлежности для уровня пульпы

Управление скоростью схода пенного слоя осуществляется изменением уровня пульпы во флотомашине по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (скорость выше, чем требуемый установленный уровень скорости), ТОГДА (уменьшить уровень пульпы).

2. ЕСЛИ (скорость ниже, чем требуемый установленный уровень скорости), ТОГДА (повысить уровень пульпы).

Функции принадлежности для скорости схода пенного слоя показаны на рисунке 3.7.

Рисунок 29- Функции принадлежности для скорости схода пенного слоя

Функции принадлежности для уровня пульпы показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 30 - Функции принадлежности для уровня пульпы

Управление скоростью схода пенного слоя осуществляется изменением расхода реагента вспенивателя во флотомашину по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (скорость выше, чем требуемый установленный уровень скорости), ТОГДА (уменьшить подачу реагента вспенивателя).

2. ЕСЛИ (скорость ниже, чем требуемый установленный уровень скорости), ТОГДА (повысить подачу реагента вспенивателя).

Функции принадлежности для скорости схода пенного слоя показаны на рисунке 3.7.

Рисунок 31- Функции принадлежности для скорости схода пенного слоя

Функции принадлежности для расхода реагента вспенивателя показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 32 - Функции принадлежности для расхода реагента вспенивателя

Управление диаметром пузырьков во флотомашине осуществляется изменением расхода реагента вспенивателя во флотомашину по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (диаметр пузырьков выше, чем требуемый установленный диаметр пузырьков), ТОГДА (уменьшить подачу реагента вспенивателя).

2. ЕСЛИ (диаметр пузырьков ниже, чем требуемый установленный диаметр пузырьков), ТОГДА (повысить подачу реагента вспенивателя).

Функции принадлежности для уровня пульпы показаны на рисунке 3.7.



Рисунок 33- Функции принадлежности для диаметров пузырьков

Функции принадлежности для расхода реагента вспенивателя показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 34 - Функции принадлежности для расхода реагента вспенивателя

Управление устойчивостью пенного слоя осуществляется изменением расхода реагента вспенивателя во флотомашину по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (устойчивость пены выше, чем требуемый установленный уровень устойчивости пены), ТОГДА (уменьшить подачу реагента вспенивателя).

2. ЕСЛИ (устойчивость пены ниже, чем требуемый установленный уровень устойчивости пены), ТОГДА (повысить подачу реагента вспенивателя).

Функции принадлежности для устойчивости пенного слоя показаны на рисунке 3.7.

Рисунок 35- Функции принадлежности для устойчивости пенного слоя

Функции принадлежности для расхода реагента вспенивателя показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 36 - Функции принадлежности для расхода реагента вспенивателя

Управление скоростью схода пенного слоя осуществляется изменением расхода реагента собирателя во флотомашину по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (скорость выше, чем требуемый установленный уровень скорости), ТОГДА (уменьшить подачу реагента собирателя).

2. ЕСЛИ (скорость ниже, чем требуемый установленный уровень скорости), ТОГДА (повысить подачу реагента собирателя).

Функции принадлежности для скорости схода пенного слоя показаны на рисунке 3.7.



Рисунок 37- Функции принадлежности для скорости схода пенного слоя

Функции принадлежности для расхода реагента собирателя показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 38 - Функции принадлежности для расхода реагента собирателя

Управление диаметром пузырьков во флотомашине осуществляется изменением расхода реагента собирателя во флотомашину по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (диаметр пузырьков выше, чем требуемый установленный диаметр пузырьков), ТОГДА (уменьшить подачу реагента собирателя).

2. ЕСЛИ (диаметр пузырьков ниже, чем требуемый установленный диаметр пузырьков), ТОГДА (повысить подачу реагента собирателя).

Функции принадлежности для диаметра пузырьков показаны на рисунке 3.7.

Рисунок 39- Функции принадлежности для диаметра пузырьков

Функции принадлежности для расхода реагента собирателя показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 40 - Функции принадлежности для расхода реагента собирателя

Управление устойчивостью пенного слоя осуществляется изменением расхода реагента собирателя во флотомашину по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (устойчивость пены выше, чем требуемый установленный уровень устойчивости пены), ТОГДА (уменьшить подачу реагента собирателя).

2. ЕСЛИ (устойчивость пены ниже, чем требуемый установленный уровень устойчивости пены), ТОГДА (повысить подачу реагента собирателя).

Функции принадлежности для устойчивости пенного слоя показаны на рисунке 3.7.

Рисунок 41- Функции принадлежности для устойчивости пенного слоя

Функции принадлежности для расхода реагента собирателя показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 42 - Функции принадлежности для расхода реагента собирателя

Управление скоростью схода пенного слоя осуществляется изменением расхода реагента регулятора среды во флотомашину по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (скорость выше, чем требуемый установленный уровень скорости), ТОГДА (уменьшить подачу реагента регулятора среды).

2. ЕСЛИ (скорость ниже, чем требуемый установленный уровень скорости), ТОГДА (повысить подачу реагента регулятора среды).

Функции принадлежности для скорости схода пенного слоя показаны на рисунке 3.7.



Рисунок 43- Функции принадлежности для скорости схода пенного слоя

Функции принадлежности для расхода реагента регулятора среды показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 44 - Функции принадлежности для расхода реагента регулятора среды

Управление диаметром пузырьков во флотомашине осуществляется изменением расхода реагента регулятора среды во флотомашину по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (диаметр пузырьков выше, чем требуемый установленный диаметр пузырьков), ТОГДА (уменьшить подачу реагента регулятора среды).

2. ЕСЛИ (диаметр пузырьков ниже, чем требуемый установленный диаметр пузырьков), ТОГДА (повысить подачу реагента регулятора среды).

Функции принадлежности для уровня пульпы показаны на рисунке 3.7.



Рисунок 45- Функции принадлежности для диаметра пузырьков

Функции принадлежности для расхода реагента регулятора среды показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 46 - Функции принадлежности для расхода реагента регулятора среды

Управление устойчивостью пенного слоя осуществляется изменением расхода реагента регулятора среды во флотомашину по следующим правилам:

1. ЕСЛИ (устойчивость пены выше, чем требуемый установленный уровень устойчивости пены), ТОГДА (уменьшить подачу реагента регулятора среды).

2. ЕСЛИ (устойчивость пены ниже, чем требуемый установленный уровень устойчивости пены), ТОГДА (повысить подачу реагента регулятора среды).

Функции принадлежности для устойчивости пенного слоя показаны на рисунке 3.7.

Рисунок 47- Функции принадлежности для устойчивости пенного слоя

Функции принадлежности для расхода реагента регулятора среды показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 48 - Функции принадлежности для расхода реагента регулятора среды

Размещено на Allbest.ru