行星式球磨机所具有的高能量密度和应力强度,使它见诸于硬脆材料的超细磨、机械合金反应和机械化学反应等领域。然而,球磨仍存在低效,产品质量不稳定、介质和内衬磨损严重和物料过热等不足。因而,提升球磨机球磨效率和球磨质量有着重要意义。鉴于磨球作为球磨机和物料间能量传递的媒介,本文将基于现有行星球磨机,对其余两个主体分别做探讨。一为磨球运动规律,通过离散元仿真及数学分析研究磨球力学量、运动量和位置量的变化规律及之间联系。二为物料破碎,通过对物料破碎仿真过程的观察及对仿真数据和引用实验数据的分析,探讨物料破碎发生区域及其与磨球运动状态的联系。最后依据分析与试验对现有磨机系统进行改进设计以适应高效球磨的要求。文中首先简要介绍了离散单元法的相关概念及理论和仿真计算过程,此外,对离散元软件EDEM也作了相应陈述,为介质运动规律的研究和物理破碎仿真夯实基础。基于三点假设,在动力学框架下描述了磨球运动。为了深化对行星球磨机中磨球运动规律的认识,结合离散元仿真和数学分析研究了磨球运动量、力学量和位置量的变化规律。得出：磨球运动变化由罐底和罐壁接触产生,不存在贴壁运动；磨球跳动贯穿磨球运动全过程,由磨球角速度分量ωx、ωv产生并维持；磨球运动存在稳态,该稳态包括：相对位置的静止,磨球速度和角速度的周期性变化。对磨球稳态的进一步探讨发现：磨球运动中,平动速度起主导作用；罐壁作用下,磨球呈现近圆周运动,同时磨球相对磨罐作摆动运动；罐底作用将弱化磨球摆动运动的幅度,延长运动周期；磨球所受切向作用可改变磨球摆动平衡位置,切向作用的有限性使得该偏转存有相应极限值；磨球稳态时磨球相对磨罐作跳动运动。为了研究行星球磨过程中物料发生破碎的主要区域及其破碎机理,在离散元中探讨了不同粘结强度或速率比(k)时的粘结颗粒破碎情况,利用仿真信息绘制了黏结颗粒破碎区域等高线图并对其进行分析。结果表明：破碎发生的主要区域是罐壁区域,表明该区域存有最为强烈的磨球作用；速率比(k)决定碰撞破碎的发生和影响磨损破碎的强弱,但仿真中考虑的粘结键强度没有表现出对碰撞破碎的影响；仿真参数粘结颗粒与磨球的体积比影响物料破碎进程；结合仿真的实验数据分析表明较强的碰撞作用有利于物料的初始破碎和变形,为进一步的物料细磨打下基础；对于物料进一步细磨,再者是控制破碎—团聚动态平衡向有利于物料细磨方向偏移,磨损破碎发挥了主要作用且效果明显。为了实践上文所得出的结论,基于现有磨机电气系统设计了自调速控制系统。建立了磨机机械传动部分等效动力学模型及球磨机控制系统数学模型,并在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,整定PID控制器参数并验证其有效性。对现有磨机电气控制部分进行改进以满足设计要求,并对相应的变频参数进行设定。