钢球磨煤机由于其对煤种适应性强、维护管理方便，而被广泛应用于火电厂的制粉系统中。对于中间储仓式球磨机制粉系统，球磨机用电量占全厂用电的15％左右，是电厂的耗电大户，因此如何有效地保障球磨机的安全、优化运行是电厂的一个重要目标。但由于球磨机系统是一个具有非线性、大滞后、强耦合和具有多种不确定性扰动的多变量对象，滚筒内部运行环境复杂，料位检测缺乏可靠有效的手段，致使球磨机在实际运行过程中为避免出现堵煤现象，经常运行于极不经济区，制粉电耗偏高；同时也造成球磨机自动控制系统难以长期可靠投用，料位控制仍需靠人工完成。因此料位的准确、可靠检测是实现球磨机安全、优化运行的基础和关键所在，同时也是本文所要研究的主要内容。论文主要工作如下：　　 (1)在分析球磨机工作机理的基础上，对球磨机介质的三种不同运动状态及球磨机正常工作状态下滚筒内物料的四个运动阶段进行了探讨。同时对球磨机差压信号与电流信号的特性进行了深入的研究，指出了两者在料位检测与监测中存在的缺陷和不足。其中差压信号存在延迟特性，使得很难利用该信号来判断球磨机的堵煤现象；而球磨机运行过程中钢球的磨损对电流的影响很大，使得当球磨机电流下降时难以根据电流信号来判断球磨机是处于优化运行状态还是钢球磨损所致。利用功率分配公式和分析实际球磨机简体振动信号，对球磨机筒体振动特性及与料位之间的关系进行了分析。　　 (2)建立了基于离散元素法的球磨机运动模型，获得了球磨机运动过程中各层介质运动位置与速度的变化规律，可有效描述滚筒内各层介质的运动形态和运动轨迹，为了解工业球磨机滚筒内介质的实际运动状态提供了一种方法和途径。在球磨机简体旋转过程中，基于衬板所受介质作用力的变化研究了介质与物料填充率对介质运动状态的影响规律，通过研究发现随着介质与物料填充率的增加，球磨机最外层介质的脱离角呈增大的趋势，而介质的冲击角呈减小的趋势，这一研究结果为后续提取振动料位特征量提供了指导作用。　　 (3)针对目前球磨机简体振动数据采集方法中存在的不足和难点，提出了一种新的筒体振动数据采集方法。在该方法中四个加速度传感器被布置在球磨机简体上同一轴向的不同位置；基于钢球冲击模型和理想化钢球分层模型，并结合筒体上的实际振动数据确定了简体振动信号的采样参数；通过简体上周向位置振动与料位之间的关系获得了简体上振动最大的区域，并把该区域作为信号的采集区域。通过该数据采集方法可以比较完整地获得简体上反映料位的振动信息，同时也解决了球磨机简体振动信号的采集与无线传输难题。　　 (4)对球磨机筒体振动信号的特点进行了研究和分析。首先从反应料位变化的敏感程度出发比较了球磨机简体与轴承振动信号，结果说明简体振动信号更能灵敏地反映料位的变化。并利用筒体振动能量与料位之间的关系找寻简体振动信号频谱中的料位特征频段，并基于该特征频段对筒体振动信号进行滤波处理，获得能更准确反应料位变化的信号。同时对球磨机简体上各测点的振动信号进行分析和比较，完整描述了整个简体的振动情况，并验证了滚筒内的物料是处于不均匀分布状态的结论。　　 (5)研究简体上钢球冲击区域内各周向位置的振动差异，并对不同给煤量（料位）工况下周向振动差异的变化规律进行了探讨，根据这种变化从筒体振动信号中提取了一种新的料位特征量——简体最大振动角。并把该料位特征量与传统振动料位特征量从反映料位变化的敏感程度、钢球装载量与煤的含水量影响三个方面进行比较和探讨，结果显示本文提出的料位特征量能更敏感地反映料位的变化，同时不易受钢球装载量和煤的含水量因素的影响，具有一定的优越性。在提取料位特征量的基础上，分别利用多元线性回归(MLR)、主元回归(PCR)、偏最小二乘(PLS)三种方法建立料位软测量模型，并与传统的基于回归方法的料位软测量模型进行了比较，结果显示以简体最大振动角作为辅助变量的料位软测量模型更能准确地检测料位。同时对三种回归软测量模型的性能进行了比较，确定了更准确的料位测量模型，实现了料位的准确检测。