The Design of Swing Type Ball Mill Control System Base on Fuzzy Control Technology
Abstract：The ultrafine comminution technology is a new smashing processing technology which developed with the nanotechnology and the new material．As the modern institute technology developing ,lots of basic industry missions higher requirement to the ultrafine comminution’s granularity 、granularity spread 、graininess and so on .How to breakthrough material  the smashing limit” becomes a key technology about making the ultrafine  comminution.
This article introduced the type of multi-dimensional swings nanometer level ball mill principle of work based on the fuzzy control technology．In view of controlled the object is non-linearity，the multi-variables strong-coupling，uncertainty and greatly lags as well as obtains the precise mathematical model is difficult．Has designed the fuzzy controller．This system will be able to quickly breakthrough material “the smashing limit”, has obtain the better processing effect．
Keywords:  Superfine Powder Processing；   Fuzzy Control；Monolithic Integrated Circuit Control System；Ball Mill
摘  要：超微细粉碎技术是在伴随纳米技术和新材料而发展起来的一项新的粉碎加工技术，随着现代工程技术的发展，许多基础工业对超微细粉末的粒度、粒度分布、粒形等特性提出了更高的要求。如何突破物料的“粉碎极限”已成为制备超微细粉末的关键技术。针对被控对像具有非线性、多变量强耦合、不确定性和大滞后以及获得精确数学模型困难的特点，设计了模糊控制器。本系统经过设计、安装和现场调试，能够快速的突破物料的“粉碎极限”，取得较好的加工效果。
关键词：超细粉末加工；模糊控制；单片机控制系统；球磨机

0  引言
粉末工业是我国国民经济的基础原料产业，几乎所有的现代新兴技术与产业发展都源于粉末制备技术的进步。粉碎技术是现代工业生产和科研所必不可少的一项新技术，已被广泛应于化工、制药、食品、电子、农药及各种矿粉等产品的深加工。伴随现代工程技术的发展，许多基础工业对粉末物料的特性提出了更高的要求，如被加工物料的粒度、粒度分布、粒形要更细、更均匀。因为粉末物料的这些特性不但决定了物料的加工性能和吸收性能，而且还影响物料的应用范围和效果。
基于上述分析，研制多维摆动式球磨机及其控制系统，通过使罐体进行多级复合运动，从而增加单位时间内磨介与磨介，磨介与罐体内的冲击和接触次数，延长磨介的运动轨迹，提高冲击能，减少盲点，显著提高球磨效率和罐体内粉末度的均匀性。
针对多维摆动式球磨机这一被控对象具有强非线性、多变量耦合、不确定性和大滞后且具有时变性的特点，而且调速系统是一类不确定的复杂系统，其难以获得精确的数学模型。研究采用模糊控制方法对该系统进行控制，极大提高了加工效率的同时，将快速的突破物料的“粉碎极限”。
1  模糊控制技术
模糊控制技术是以模糊集合理论为基础的控制手段，它是模糊系统理论、模糊技术与自动控制技术相结合的产物、出发点是操作人员的控制经验或相关专家的知识。球磨过程解析模型是由1962年古丁与麦劳意等人利用贝斯建立的微分方程，将选择函数和分布函数以连续函数形式来表示，建立了偏微分--积分方程：     B(x，Y)表示粒径为Y的颗粒被粉碎后成粒径为x的颗粒质量比。模型为了解析粉碎过程，引入了大量难以准确测定的选择函数和破裂分布函数，在数学上达到了很完善的程度。
1.1对系统执行手工控制生成控制规则
应首先制定对系统控制的输入数据，再以这些输人数据对系统执行控制，与此同时测量系统的输出。对系统可取得n组输人输出数据：
 

f) 进行控制规则取舍
对于输入有三个语言值，每个语句有7个模糊量的情况，它们的控制规则最多含有 条语句。其中必然有的控制规则不合理或重复。所以。应进行控制规则的舍取。先求出每条规则的强度。对第m条规则，其强度 为
     在求出每条规则的强度之后.把相互矛盾的规则中强度较小的舍去，把相同规则合成一条规则，得到最后控制规则基。当然，对被控对象执行手动控制所得到的控制规则是较粗糙的，有时还可能会出现控制盲区，如控制规则表中出现空项是不能满足实际控制要求的。为了取得更满意的控制效果。可以对原始的控制规则进行改进:这时，应以粗糙的控制规则为基，通过仿真实验和系统调试加以完善。
1.2模糊控制器的工作
上面的工作都是离线进行的，通常在求得模糊控制表后，都把它存在计算机的内存中，并编制一个相应的查找控制表的子程序。而在实际控制过程中，模糊控制器的工作流程如下：

2  多维摆动式球磨机整体系统结构
   多维摆动式球磨机整体系统结构如图1所示。该系统由AT89C52单片机微控制器、声发射波检测装置、变频调速装置和人机接口几部分组成。
 

在球磨机研磨物料过程中，球磨机内的物料受磨介和罐体的作用，其物理形状发生改变，释放出能量，所释放出能量的一部分转化成瞬态变化的压力波，即为声发射波。声发射波在传播过程中，碰撞周围物体，由于压力作用使物体表而产生微小的形变，声发射波的变化将改变微小形变的大小。也就是说物体表而所产生的微小形变的大小反映了球磨机内物料的物理状态变化特征，而这一微小变化正是我们用来确定球磨机工作过程的负荷变化状况特征量。特征量被采集后，经过放大器放大，由高精度A/D转换器送给单片机处理，最后由单片机进行处理，通过模糊控制规则向球磨机的执行机构发出控制命令。
3仿真结果及实测数据
图3为系统测试输出响应曲线，由其输出响应曲线可看出本系统在复杂的工作环境下动态响应很好，接近直流机的输出机械特性。
 

应用模糊挖控制技术的多维摆动式和某高能球磨机加工后的镁粉超细粉末实测数据分别如图4和图5所示。

经过对比可知，基于模糊制技术的多维摆动式球磨机加工的物料，粒度、粒度分布、粒形更细、更均匀。
4 结论
研制的基于模糊控制技术的多维摆动式球磨机控制系统，性能可靠，降低了工人劳动强度，减少能耗10%以上，提高生产效率、降低成本。随着对粉体加工技术要求的提高，系统的控制要求也提高，系统的整体设计是一个庞大的工程，本系统的不足为：对事故预测、事故处理等，未做相关设计。
本文作者创新点：基于检测被加工物料物理形状发生改变等参数，以单片机为核心的球磨机模糊控制系统，编制一种响应速度快、控制性能好的查询模糊控制表子程序，实现了多维摆动式球磨机的计算机自动控制，且具有较理想的动态控制性能。

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