鋁電解槽模糊控制系統(tǒng)的研究

1、鋁電解槽模糊控制系統(tǒng)的研究摘要： 介紹了模糊專家技術(shù)在鋁電解持產(chǎn)過程中的應(yīng)用；給出了鋁是解模糊專家控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和模糊關(guān)系。應(yīng)用該技術(shù)控制鋁電解生產(chǎn)取得了較好的控制效果。                                               關(guān)鍵詞： 電解

2、槽          模糊控制 專家系統(tǒng)                                               鋁電解是電解槽通以直流電，將氧化鋁電解成金屬鋁的高電耗電壓生產(chǎn)過程

3、。高效節(jié)能是鋁工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要方向。在槽型確定的情況下，為降低噸鋁電耗，提高電流效力、優(yōu)化鋁電解生產(chǎn)工藝技術(shù)條件就成提高電解技術(shù)經(jīng)濟指標的決定因素。技術(shù)條件的優(yōu)化主要靠自控技術(shù)的不斷發(fā)展和控制水平的不斷提高來實施。                                          由于鋁電解槽是一個復(fù)

4、雜的系統(tǒng)，存在非線性、大滯后等因素，因此建立精確數(shù)學模型困難，用傳統(tǒng)的控制方法難到達到好的控制效果。而模糊專家控制恰好在解決這類問題中表現(xiàn)出了優(yōu)越性，它具有快速性好、直接根據(jù)人工經(jīng)驗設(shè)計、不需要精確數(shù)學模型等顯著特點，為鋁電解控制提供了有效解決途徑。因此本廠將模糊專家控制技術(shù)用于鋁電解生產(chǎn)，取得了較好的控制效果。          1 鋁電解控制過程分析         鋁電解控制系統(tǒng)能實時采集生產(chǎn)過程中信號民，包括：電解槽槽電壓（V）和系列電流（I）對生

5、產(chǎn)過程實施的控制有兩種，即極距離調(diào)節(jié)和打殼下料，分別控制槽電壓（或槽電阻）和電解質(zhì)熔體中的氧化鋁濃度。氧化鋁濃度目前無法在線檢濁，但是它和槽電阻（R）存在在一定性U關(guān)系，并且和氧化鋁下料量有一定的滯后關(guān)系。R可由（1）式求得：         R（VE）I         式中：E電解槽反電勢設(shè)氧化鋁濃度為C（下料方式：欠料、過料），周期改變氧化銘下料速度，使氧化鋁濃度在一定范圍內(nèi)變化（dc/dt0）。假定在未調(diào)節(jié)極距（稱動陽極）期間電阻變化由氧化濃度所引起的，即： 

6、;         dRdtdRdc×dt          dRdt（槽電阻隨時羊變化速率）的大小反映了dRdc（槽電阻隨氧化鋁濃度變化速率）的大小；槽電阻R在一定時間的累積斜反映了氧化濃度的變化率。氧化鋁濃度C應(yīng)設(shè)置為不易發(fā)生陽效應(yīng)、不易產(chǎn)生沉淀。為了利用dRdt來判斷氧化鋁濃度C。在C工作區(qū)槽電阻R對氧化鋁濃度的導數(shù)就足夠大，能滿足濃度工作區(qū)1.53.5為最佳濃度控制。      

7、    2 控制方法研究         2.1 模糊控制（FUZZY）        鋁電解模糊控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。          Yr、Y分別為輸入、輸出量，E、Ee、U分別偏差e、偏差變化率ec和控制量的模糊語言變量，K1、K2為量化系數(shù)。取E、Ec、U的論域為-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6，論域上均取七個FUZZY集，即：正大，正中，正小，零

8、，負小，負中，負大，并賦予它們各自對應(yīng)的模糊集取值（即隸屬度值）。         2.2 建立模糊控制規(guī)則表         模糊控制規(guī)則表示基于操作者手動控制策略的總結(jié)和歸納，根據(jù)實際操作經(jīng)驗寫成的推理語言控制規(guī)則可表示為：         U-a(k)E+(1-a)Ec          a(0,1)  

9、0;      U、E、Ec分別為u、e、e，語言變量值，a為修正因子，表示對其中數(shù)據(jù)按四舍五入規(guī)則取整。          2.3 建立查詢表        按直乘運算規(guī)則求FUZZY關(guān)系Ri，通過對所有FUZZY關(guān)系Ri（I1，2，n）的運算，要以獲取表征鋁電解控制系統(tǒng)控制規(guī)則總的FUZZY關(guān)系R。計算R后，基于推理合成規(guī)則，針對論域全部元素的甩有組合，求出相應(yīng)的控制決策U的FUZZY集合；再按取隸屬度最大原則對此集合進行

10、判斷，得到相應(yīng)控制量，最后獲得FUZZY控制查詢表。將該表存入計算機中，實時根據(jù)E、Ec直接查找控制表，獲取控制量，再乘比例系數(shù)K3即呆作為輸出去控制生產(chǎn)過程。         3 建立模糊專家控制方案         模糊專家控制器的一般結(jié)構(gòu)形式見圖2。         3.1 鋁電解模糊專家控制方案         鋁電解模糊專家控制器的結(jié)構(gòu)示意圖見圖3

11、。          根據(jù)工藝要求，下料模糊控制和極距模糊控制由推理機根據(jù)結(jié)果選擇合適的的控制模式。模糊控制規(guī)則表達綜合為兩種形式：一種是“如果（條件）”則“結(jié)論”的規(guī)則形式，用于表達各種特定的或異常工作況下模糊控制規(guī)則；另一種是采用帶修正因子控制規(guī)則自動修正模糊控制修正表達形式，用于表達常態(tài)工況下模糊控制規(guī)則，以便通過引入可自動調(diào)整的控制規(guī)則修正因子，實現(xiàn)對模糊控制規(guī)則的在線自動調(diào)整。         模糊專家推理根據(jù)電解模糊控制規(guī)則和改變控制效果，使控

12、制器具有同時處理精確知識和模糊知識的優(yōu)點，可用于不能建立精確數(shù)學模型的被控對象的高性能控制。模糊專家推理機綜合運用如下四種形式：選擇不同的控制模式；調(diào)整控制規(guī)則表達式的修正因子；調(diào)整模糊變量論域；調(diào)整模糊控制設(shè)定值。          論域自調(diào)整機制的建立使控制器可根據(jù)槽況的變化的控制模式的切換，自動調(diào)整輸入、輸出模式變量所對應(yīng)的精確值的論域，從而可簡便有效地達到在線自動調(diào)整控制器的工作點和動、靜態(tài)品質(zhì)的目的。模糊專家控制利用上位機人機接口來實現(xiàn)規(guī)則庫的數(shù)據(jù)調(diào)整，因而為知識獲取與應(yīng)用提供很強的靈活性。 &

13、#160;                系統(tǒng)運行的效果與主要技術(shù)指標         （1）實現(xiàn)下列監(jiān)控效果         氧化鋁濃度波動偏差：2（Wt）         正常槽溫度波動范圍：±3        陽極效應(yīng)系數(shù)：

14、<0.5         陽極效應(yīng)預(yù)報成功率：90         （2）模糊專家控制槽控機主要技術(shù)指標         測量精度： ±0.1         控制精度：  ±0.3         超調(diào)整量： ±0.5         3）系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能自動進行故障診斷。由模