智能控制技术在铝电解过程中的应用研究

智能控制技术在铝电解过程中的应用研究

廖长总

广西来宾银海铝业有限责任公司   广西来宾       546135

摘要：出于节能降耗目的，铝工业生产过程中的工作人员针对工艺技术条件，不断创新，重视铝电解生产阶段控制技术改进效果，铝电解槽属于比较复杂的非线性时变系统，因此利用常规性或者是单一性的控制措施难以对控制效果提升要求进行满足，人工智能技术应用可为铝电解控制工作提供新型化的解决途径。基于此，本文通过对智能控制技术在铝电解过程中的应用措施进行分析，结合技术内容，提出参考意见，以此促进铝电解过程中智能控制技术有效应用。

关键词：智能控制技术；铝电解；应用

1.智能控制技术内容分析

智能控制主要是借助人工智能知识表达以及逻辑推理方式对构建精确化数学模型控制问题进行解决，属于边缘性的交叉学科。①专家系统内容，此种系统属于智能化的计算机程序，借助知识获取措施将人类知识以及经验方式融合到计算机中，对人类推理和决策过程进行模拟，获取专家知识可求解成功的高难度问题。②模糊控制工作，在不兼容原理中提示，系统中增加复杂性同时，精确化能力会有所降低，达到相应限值后，复杂性以及精确性呈现相互排斥现象。模糊可控制工作将模糊集合理论作为出发点，构建大脑以及计算机之间的桥梁，可将人类专家中的模糊信息形式存储经验和知识转化成相应规则形式，这种形式计算机可接受。计算机可对大脑模糊信息处理工作，针对控制被控对象进行推理和判断。③人工神经网络内容分析，此种技术内容是对人体直观性思维模式进行模拟，其经过大量简单处理单元后，具有广泛性，实现互联，构成复杂性的网络，针对人脑神经网络中的结构以及行为，构成非线性动力学系统，主要特色是信息分布式协同处理工作，过程中凸显较强的容错性，可有效开展联想、综合以及推广工作。

2.铝电解智能控制技术应用现状分析

首先是在铝电解槽的分布式控制系统结构中，主要有以下内容：①过程控制级内容，此部分内容是通过一定数量的开放式智能槽控机系统构成，不同智能操控机会控制相应的电解槽，基本是一台，可独立获取现场数据，完成采集工作，解析实时槽况，进行数据通信。在电解生产过程中，进行下料和效应报警等工作，结合实际情况获取的解析结果，开展相应电解控制工作。②过程优化级内容，此部分技术环节构成主要是接口监控机以及数据库服务器设备。系统分成不同的模块，具有独立性，分别为通讯模块、监控管理模块、实时数据库模块以及远程监控模块。过程优化级部分属于集中管理工作中的核心部分，基于此，利用冗余设计方式，通过一台计算机作为服务器，计算机可用作接口监控机设备。其中需要选择一台作为备用服务器。在服务器设备产生故障后，接口监控机可承担相应的服务器功能。除此之外，各个接口监控机设备之间可发挥互为备用功能，此种冗余设计可有效提升系统可靠性。③生产管理级内容，这部分构成主要有生产调度、电解车间以及化验室等工作站和服务器设备系统，过程中采集电解生产各个部门的数据，企业经营决策工作可具备更好的数据平台，管理人员可完成综合性数据统计分析，也就是为企业集团总体协调工作、计划管理工作以及预测决策工作中提供重要数据支持。

其次实施主要控制方式内容，在铝电解生产阶段，控制基本性任务是稳定性控制电解槽物料平衡以及能量平衡。电解槽运行工程中保证其理想控制状态是确保极距以及电解质温度等，确保其最佳值的恒定不变。

3.铝电解控制过程内容分析

在铝电解槽中其主要产生的作用较为复杂，存在交互性，充斥着电、磁、热、流场的作用，通过物理化学以及电化学反应促使其状态变化较为复杂，过程中会受到周期性人工作业工序影响，比较常见的是出铝以及更换阳极等干扰，针对控制误差积累，难以开展检测工作，进而生成复杂性的时变特性内容。现阶段，控制系统完成直接连续性采集电解槽信号数量显示为两个，分别是槽电压以及系列电流，其可以借助机械装置对过程完成直接控制，分别是极距调节部分以及打壳下料部分，可对槽电压以及电解质融体中的氧化铝浓度进行控制。目前不能完成氧化铝浓度的在线检测，但应用过程中其会与电阻之间产生不对称U型关系，周期性改变下料速度，将下料方式调整为欠量下料以及过量下料，实现周期性交替，促使氧化铝浓度处于一定范围内变化，前提条件设置为未移动阳极，槽电阻变化仅仅通过氧化铝浓度变化造成，其中槽电阻数值伴随时间变化速率数值，大小对槽电阻的氧化铝浓度导数大小数值进行反映。槽电阻数值基于一定时间，其累积斜率数值对氧化铝浓度的实际变化率数值反映。氧化铝浓度数值设置为不易发生阳极效应以及不易产生沉淀的区间。出于利用槽电阻时间变化速率数值，对氧化铝浓度数值进行判断，在工作区槽点组针对氧化铝浓度需要确保足够大的导数，以此浓度工作区的最佳浓度控制数值得以满足。

上述内容提示，铝电解槽属于惯性系统，其具有多变量特性、非线性以及大滞后性等，模型应用过程中存在不确定性，铝电解过程中的控制主要是借助槽电阻以及极距之间的关系等，对其中其他因素影响进行兼顾，对实际极距以及下料控制措施进行确定，过程中精确化的数学模型较为缺乏。基于此，智能控制技术需要应用在铝电解生产中，相比于常规化控制措施更具优越性，出于深入化探索先进铝电解过程控制策略，提供重要基础，以此生产阶段可提高控制效果，满足经济技术指标需求。

4.控制方法研究

智能控制技术在应用过程中，其将铝电解槽作为基础，综合应用后构成新型化的铝电解槽模糊专家系统，系统中会涵盖不同的子系统，分别为互相独立以及互相沟通的系统，以此完成共同目的。上述子系统分别为实时控制子系统、三场动态仿真子系统以及神经网络槽况诊断专家子系统。在信息处理过程中，分类解析采集电解槽信息，将获取的解析结果提供到槽况诊断子系统中，同时也需要推送到实时控制专家子系统中。

槽况诊断子系统需要对三场动态仿真子系统的信息进行接收，获取人工输入信息以及信息处理后的解析结果，诊断电解槽的实际槽况，总结槽况的中长期预报。实时控制子系统运行过程中，需要结合解析结果以及动态仿真信息和诊断最终结果，确定针对性的控制措施，铝电解过程中产生的极距以及氧化铝浓度得以有效控制，以此完成电流效率需要的工艺技术条件。①实时控制子系统，专家知识以及经验的有效应用，提高控制效果，需对专家系统技术和模糊控制技术进行综合应用，实现技术开发。开发过程中，可借助模糊产生式表示法对推理机利用的多样性规则进行统一表达。所有规则需按照规则集完成相应分组，实现统一性存储，将其应用在规则库中。在规则库中其内容主要有自行诊断以及分析槽况等，选择相应控制模式，对设定值进行控制和修正。借助近似推理的原理，利用模糊专家系统中的推理技术，实现推理机构造，此种推理过程是借助数据库中的事实数据以及不同规则前提开始匹配。在事实库中的事实需要具备精确性的命题，其中也存在不精确的命题，推理机可允许精确性匹配，同时也存在不精确的匹配，推理机可对精确匹配进行允许，同时也可以允许部分匹配，整体规则匹配需确定所有前件以及断言之间的匹配程度最小值，这一数值相比于提前设定的阈值较大，规则会进入到触发规则集中，利用规则分组、优先级以及匹配程度中的冲突消解策略需执行最终规则。电解槽本身的特性是非线性以及时变性，出于增强控制器性能目的，结合电解槽特点需借助论域自调整算法。也就是推理机通过槽况变化，转变控制模式，对模糊变量进行修改输入，同时对应精确数值论域以及输出模糊变量对应精确值论域可进行修改输入，此种方式可在线自动化调整模糊专家控制设备工作静态以及动态，凸显效果和简便性。②在线仿真子系统内容，此系统构建是将物理场计算机仿真原理作为基础，过程中对反映物理场变化信息进行收集和量化，借助动态性仿真数学模型求解未知物理场特征参数，在需要情况下，借助二维动态凸显对仿真结果进行显示，其中凸显价值的结果分别为槽内温度数值分布以及槽膛内形。③情况诊断专家子系统内容，在槽况诊断过程中，其信息数据凸显的特点是类型多、不完善性以及不精确性等，基于此，需要借助下述模式生产式表示法对槽况诊断规则进行表达，即“if-条件-then-结论”，难以利用有效规则对多种可能产生的情形进行完整性描述，产生知识库爆炸情况。避免这一问题出现，采取的有效措施是借助神经网络技术建设槽况诊断专家子系统知识库，神经网络技术在表达、学习以及总结知识等方面效率较高。槽况诊断信息应用借助以下几种途径获取，其一是槽控机设备信息数据，其二是三场仿真信息数据，其三是人工检测信息数据。槽部分诊断专家系统知识主要分为以下两种类型，其一是槽况诊断知识，其二是槽况维护决策知识，基于此，网络需要将其相应划分为两种并联方式连接的四层子网络，构成槽况诊断专家子系统。此种系统运行可有效获取信息，对电解槽的状态进行判断。槽况维护决策网络主要使用在本日出铝量的信息获取工作中，同时包括本日设定电压调整量等，上述工作均为人工控制参数或是自动控制设定值，以此开展决策工作。

5.铝电解生产过程智能集成网络控制系统内容分析

铝电解槽中给予电、磁、热、流场等复杂作用，促使状态抓紧复杂化，过程中也会经受周期性的人工作业工序干扰，因此产生多变量、多线性以及时变性等特性，铝电解生产阶段其主要控制目标，是借助氧化铝浓度数值以及电解质温度数值预测模型获取氧化铝浓度以及电解质温度的具体预测值，构成闭环控制系统，纳入多样化因素影响，极距以及下料实际控制策略得以控制，确保电解槽热平衡以及物料平衡性，以此实现最佳工艺条件。

基于此种基础，常规控制技术中，其主要利用单一性智能控制技术，控制效果较差，依据铝电解过程中的凸显特点内容，将智能集成技术应用在铝电解过程控制工作，生产网络控制系统得以设计，在具体生产中控制效果得以凸显。①将混沌优化作为基础，形成电解质温度模糊控制系统，这一系统主要形式为串级，主控制器部分为混沌优化作为基础的温度模糊控制器，副控制器部分主要是槽电压专家模糊控制器部分。除此之外，需综合性分析系列电流波动的槽电压影响，过程中增加前馈控制器设备，此种结构优势可增加系统响应速度，扰动调节能力提高后，克服对象中的非线性。②氧化铝浓度模糊专家控制系统，铝电解过程中，氧化铝浓度控制比较重要，浓度数值较高，槽底沉淀，电流效率下降，同时电阻以及阴极会降低，铝液层稳定性受到影响。氧化铝浓度较低，极易产生阳极效应，增加槽电压，电解槽的能量平衡受到破坏，基于此，电流效率保证，需对槽内氧化铝浓度数值进行维持，保证其处于较低浓度，避免产生阳性效应问题。

6.总结

人工智能技术实现发展和进步，铝电解控制工作具备新型化的解决途径。在铝电解生产过程中，结合其特点，智能控制可以划分为以下几个子系统，分别是专家系统、模糊控制系统以及人工神经网络，实现子系统的有机结合，将其应用在铝电解过程中，构成智能控制系统，是现阶段铝电解控制技术未来发展重要趋势。铝电解工艺技术水平提高同时，经济效益以及生产安全性提升，缓解人工工作压力，提高生产效率。

参考文献

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