PDF《300 kA 预焙铝电解槽温度和初晶温度的 自适应模糊控制》

简单的基于槽 电阻曲线跟踪的控制方法对电解槽生产运行的平稳性 及相关条件均有较高要求,否则容易出现控制发散、 需人工干预处理的现象.基于专家知识的模糊控制难 以根据控制效果的反馈动态修正规则进行自调整.国 内对氧化铝浓度的控制和辨识研究较多, 并且已开发 了基于在线智能辨识的模糊专家控制方法[11] ,对其它 工艺参数如温度、初晶温度和出铝量等研究较少.为此,本文作者提出一种基于系统在线智能辨识的自适 应模糊专家控制方法,以实现对电解槽温度和初晶温 度的控制.

1 实验 为了确定控制规则,为专家知识库提供依据,在 不严重影响电解槽生产的前提下,进行了电压升降对 电解槽温度和初晶温度的影响实验.影响电解槽温度 的因素很多,几乎所有的工艺参数都对温度有一定的 影响,而最主要的因素是槽工作电压、出铝量和氟化 铝添加量.一般现场技术人员也是通过对这些参数的 修正来达到控制电解槽温度的目的. 分子比由于分析比较困难, 分析结果的滞后较长, 对于实施控制意义不大,而初晶温度已被越来越多的 技术人员接受.这里采用贺利氏设备[12] 测量初晶温度 和过热度,作为系统的参数. 1.1 电压对温度的影响 电压增加实验:通过抬高槽电压来改变输入能量 的大小,确定槽电压对电解质温度、过热度的影响程 度,从而确定槽电压的调整因子. 电压阶段响应实验中电压分别增加

40、

80、100 和150 mV, 以及电压分别降低

40、

80、

100 和120 mV, 由此形成

8 个方案. 每2台槽用于

1 个方案跟踪

24 h. 电压增加或降低对温度和初晶温度的影响如图

1 和2所示.

1 电压增加对温度和初晶温度的影响 re and liquidus 图Fig.1 Effect of voltage increase on temperatu

2 电压减小对温度和初晶温度的影响 ture and liquidus .2 出铝量和氟化铝添加量对温度的影响 通过现场 工艺 .3 氟化铝添加量对初晶温度的影响 影响,但这种 关系 图Fig.2 Effect of voltage decrease on tempera

1 出铝量和氟化铝添加量对温度的影响是 参数的调整来进行的.通过分析温度的响应和多 元自回归辨识,提取单因素的影响因子,分析单因数 对温度的关系. 图3所示 204# 槽出铝量对温度的影响, 说明出铝量对温度影响较大,但没有定量关系.

1 氟化铝添加量对初晶温度有直接的 很复杂.图4所示为氟化铝添加量对初晶温度的 影响. 第17 卷第

8 期 任必军,等:300 kA 预焙铝电解槽温度和初晶温度的自适应模糊控制

1375 图3出铝量对温度的影响 perature Fig.3 Effect of Al-tap on tem 图4氟化铝加入量对初晶温度的影响 Fig.4 Effect of AlF3 addition on liquidus 化对温度的影响比初晶温

2 控制模型 实验结果表明,电压变 度大得多,说明初晶温度的变化除随电解质成分变化 外,还会随槽帮的熔化/冷凝而动态变化.电压升高对 提高电解槽温度产生很明显的影响,电压升高

100 mV,在10 h 内温度可提高 10~15 ℃;

电压降低对温 度的影响也很明显,但反应速度稍慢些.在工业电解 槽中所有的工艺参数都是相互影响的,不可能进行单 因素实验,只能通过筛选主要因子,忽略次要因子, 采用多元辨识方法,得到温度和初晶温度之间的半定 量关系.现场测量数据分析表明,温度和初晶温度与 工艺参数存在强相关性,但很难得到普遍适用的数学 模型,实验结果对于确定输入与输出之间的半定量关 系非常重要. 针对大型铝电解槽参数测量非线性、大滞后、精 度不高以及下料器下料存在误差、出铝操作存在误差 的特点,本研究采用自适应模糊控制方案.整个系统 包括:参数的采集,参数的网络传输,参数预处理, 模糊决策规则库,模糊逻辑决策,参数辨识,模糊规 则自适应,人机界面和执行机构等模块.系统的功能 主要是根据电解槽的运行历史数据决策下一步电解槽 的管理,即氟化铝下料量、出铝量、设定电压和氧化 铝加工间隔.将温度控制在 948~958 ℃,初晶温度控 制在 936~948 ℃,效应系数控制在 0.1 以下.控制系 统的结构图如图