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铝电解智能模糊控制技术 1、前言 近几十年,在铝电解生产过程中越来越多地使用计算机控制技术,计算机控制系统已经成为现代大型铝电解槽生成过程控制和管理必不可少的自动化装备,并成为当代铝冶金技术发展水平的重要标志。在铝的电解过程中,氧化铝浓度的控制是相当重要的。在这个过程中都强调要“四低一高”的作业特点,如果氧化铝的浓度过高的话,会造成槽底沉淀、降低电流效率、增加电阻和阴极压降、可能危及铝液层的稳定;而当氧化铝浓度过低的时候,又容易发生阳极效应,使槽电压急剧升高,破坏槽子的能量平衡。因此为了获取高的电流效率,必须维持槽内氧化铝浓度处于较低浓度且又要避免阳极效应发生这样一个较窄的范围。 众所周知,铝电解过程是一个十分复杂的生产过程,由于系统的非线性和各种不可预测因素太多,因此关于铝电解槽的数学模型至今未取得满意的结果,并且由于在槽内部发生的一些复杂的电化学和物理化学反应,电解槽电解质熔体中的氧化铝物料平衡受到氧化铝加料速度、扩散速度、融解速度和消耗速度以及其他槽况干扰因素的影响,使得槽内氧化铝浓度的变化表现出非线性、时变、时滞等特征。到目前为止,还没有一种很准确的在线测量电解槽内的氧化铝浓度和温度的仪器和设备,因而对于氧化铝浓度的控制就没有一个统一的方法。现在在控制模型方面,比较成熟和常用的方法是采用以槽电阻辨识氧化铝浓度为控制基础的连续或准连续按需下料控制技术,取代传统的定时下料技术。总的来说,目前在电解铝厂中采用的氧化铝浓度控制技术包括如下几种:模糊控制专家系统、自适应浓度控制方法、槽电阻斜率计算方法以及跟踪控制法等。 2、240KA电解控制系统的主要功能: 目前我公司240KA电解槽控制系统长沙业翔开发的“B/S、C/S型智能模糊控制系统”，模糊控制技术的特色主要有: 1).在对控制对象行为的仿真与解析上，着眼于电、磁、热、流与电化学过程的藕合作用，具有模型化的整体性。 2).在控制算法上，以模糊控制为主体的多种智能控制方法的集成运用，提高了系统的控制质量和工作可靠性。 3).在系统结构上，采用过程优化控制(DDc级【直接数字控制过程监控3.5%～4.0%左右存在槽电压最低值，但氧化铝浓度与电流效率的关系却存在很大的争议。 氧化铝浓度和电阻的关系曲线 为了适应低分子比和低电解温度时氧化铝饱和溶解度低（分子比2.35，温度945℃时为7%）以及各种按需下料控制策略对电阻斜率的要求（低氧化铝浓度时，槽电阻对氧化铝浓度的变化反映敏感），氧化铝浓度工作区不得不设置在较低的范围以利于氧化铝浓度控制和减少生成沉淀的可能性。但过低的氧化铝浓度显然升高了槽电压或降低了极距，这对能耗或电流效率指标不利。因此新近的观点认为，对于氧化铝浓度的控制，只要能稳定地控制在既不容易产生效应，又不会导致沉淀产生的区域，便达到了控制目的。 4、模糊控制 随着社会的发展，要求数学研究与解决的问题日益复杂，并且具有模糊性(客观事物间的差异的中间过渡中的不分明性和人类语言对之的描述，如“大”与“小”，“快”与“慢”)，很难以精确化。不兼容原理指出:当一个系统的复杂性增大时，则使其精确化的能力就将减少，在达到一定限度后，复杂性与精确性将相互排斥。模糊控制以模糊集合理论(采用隶属函数描述那些介于“属于”和“不属于”的中间过渡过程，使得每个元素不仅以“0”或“1属于某一集合，而且还以一定的介于“0”或“1”之间的程度属于某一集合。)为出发点，建立了大脑和计算机间的桥梁，它将人类专家的模糊信息形式存储的经验和知识转化成计算机可以接受的“if-then”规则形式，使得计算机可以模拟大脑处理模糊信息，进行推理和判断以控制被控对象。 5、铝电解控制过程分析 铝电解槽内除了本身的电、磁、热、流场的复杂地交互作用以及复杂的物理化学与电化学反应使其状态变化十分复杂外，还因其受到周期进行的人工作业工序(如出铝、更换阳极、边部加工等)的干扰，以及难以检测的控制误差的积累而使其呈现出复杂的时变特性。直到目前，控制系统能够直接连续自动采集的电解槽信号只有两个，即槽电压(U)和系列电流(I):能够直接利用机械装置对过程实施的控制也只有两种，即极距调节和打壳下料，分别控制槽电压(或槽电阻)和电解质熔体中的氧化铝浓度。氧化铝浓度目前尚不能在线检测，但它和槽电阻有不对称的U型关系，周期地改变下料速率，即将下料方式安排为“欠量下料’，与“过量下料”周期交替地进行，使氧化铝浓度在一定的范围内变化(即dR/dt不等于0)，并假设在未移动阳极的期间内槽电阻的变化仅由氧化铝浓度的变化所引起，那么式中 d R/d t是槽电阻随时间的变化速率，它的大小反映了槽电阻的变化率，槽电阻R在一定时间内的累积斜率则反映了氧化铝浓度的变化率。氧化铝浓度C应设置不易发生阳极效应、不易产生沉淀的区间。为了利用dR/dt来判断氧