摘? 要: 介紹了模糊專家技術在鋁電解生產過程中的應用；給出了鋁電解模糊專家控制器系統結構圖和模糊關系。應用該技術控制鋁電解生產取得了較好的控制效果。
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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冶金生產過程。高效節(jié)能是鋁工業(yè)技術發(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)化鋁電解生產工藝技術條件就成為提高電解技術經濟指標的決定因素。技術條件的優(yōu)化主要靠自控技術的不斷發(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雜的系統，存在非線性、大滯后等因素，因此建立精確數學模型困難，用傳統的控制方法難以達到好的控制效果。而模糊專家控制恰好在解決這類問題中表現出了優(yōu)越性，它具有快速性好、直接根據人工經驗設計、不需要精確數學模型等顯著特點，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用于鋁電解生產，取得了較好的控制效果。
1 鋁電解控制過程分析
鋁電解控制系統能實時采集生產過程中的信號，包括:電解槽槽電壓(V)和系列電流(I)。對生產過程實施的控制有兩種，即極距調節(jié)和打殼下料，分別控制槽電壓(或槽電阻)和電解質熔體中的氧化鋁濃度。氧化鋁濃度目前無法在線檢測，但是它和槽電阻(R)存在一定性U型關系，并且和氧化鋁下料量有一定的滯后關系。R可由(1)式求得:
式中: E—電解槽反電勢
設氧化鋁濃度為C(下料方式:欠料、過料)，周期改變氧化鋁下料速率，使氧化鋁濃度在一定范圍內變化
。假定在未調節(jié)極距(移動陽極)期間槽電阻變化由氧化鋁濃度所引起，即:
2 控制方法研究
2.1 模糊控制(FUZZY)
鋁電解模糊控制器系統結構圖見圖1。
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Yr、Y分別為輸入、輸出量，E、Ec、U分別為偏差 e、偏差變化率ec和控制量u的模糊語言變量，K1、K2為量化系數。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，負小，負中，負大，并賦予它們各自對應的模糊集取值(即隸屬度值)。
2.2 建立模糊控制規(guī)則表
模糊控制規(guī)則表是基于操作者手動控制策略的總結和歸納，根據實際操作經驗寫成的推理語言控制規(guī)則可表示為：
2.3?建立查詢表
按直乘運算規(guī)則求FUZZY關系Ri，通過對所有FUZZY關系Ri(i=1，2，……n)的運算，可以獲取表征鋁電解控制系統控制規(guī)則總的FUZZY關系R，計算R后，基于推理合成規(guī)則，針對論域全部元素的所有組合，求出相應的控制決策U的FUZZY集合；再按取隸屬度最大原則對此集合進行判斷，得到相應控制量，最后獲得FUZZY控制查詢表。將該表存入計算機中，實時控制時根據E、Ec直接查找控制表，獲取控制量，再乘比例系數K3即可作為輸出去控制生產過程。
3 建立模糊專家控制方案
????模糊專家控制器的一般結構形式見圖2。
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3.1 鋁電解模糊專家控制方案
鋁電解模糊專家控制器結構示意圖見圖3。
????根據工藝要求，下料模糊控制和極距模糊控制由推理機根據推理結果選擇合適的控制模式。模糊控制規(guī)則表達綜合為兩種形式:一種是“如果(條件)” 則“結論”的規(guī)則形式，用于表達各種特定或異常工況下模糊控制規(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規(guī)則表達形式，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整的控制規(guī)則修正因子，實現對模糊控制規(guī)則的在線自動調整。
模糊專家推理機根據電解槽所處操作條件和槽況分析結果來調整模糊控制規(guī)則和改變控制效果，使控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:① 選擇不同控制模式；②調整控制規(guī)則表達式的修正因子；③調整模糊變量論域；④調整模糊控制設定值。
論域自調整機制的建立使控制器可根據槽況的變化和控制模式的切換，自動調整輸入、輸出模式變量所對應的精確值的論域，從而可簡便有效地達到在線自動調整控制器的工作點和動、靜態(tài)品質的目的。模糊專家控制利用上位機人機接口來實現規(guī)則庫和數據調整，因而為知識獲取與應用提供很強的靈活性。
4 系統運行效果與主要技術指標
(1)實現了下列監(jiān)控效果???????
氧化鋁濃度波動偏差:2(Wt)%
正常槽溫波動范圍:±3°C???????
陽極效應系數: <0.5????
陽極效應預報成功率:90%
(2)模糊專家控制槽控機主要技術指標
測量精度: <±0.1%??????????
控制精度: <±0.3%
超調整量: <±0.5%
(3)系統運行穩(wěn)定可靠，能自動進行故障診斷。由模糊專家控制的槽控機投運后，電流效率提高3.11%；直流電耗降低411kWh/t.Al。
鋁電解模糊專家控制系統在本廠生產過程中獲得了成功應用，把電解專家、操作者經驗判斷和處理歸納在一起，獲得了最佳控制效果。該系統穩(wěn)定可靠，智能化程度高，可實現對電解槽生產的高效控制，對于實現我國鋁電解工業(yè)的節(jié)能降耗和解決環(huán)境污染問題、提高鋁電解工業(yè)生產自動化水平意義重大。
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參考文獻
1 孫增圻.智能控制理論與技術.北京:清華大學出版社，1997
2 李友善.模糊控制理論及其在過程控制中的應用.北京:國防工業(yè)出版社，1993
3 孫春亮.基于現場總線的全分布式鋁電解智能控制系統的開發(fā)與應用.輕金屬，2000(4)