一种铝电解槽分布式多点下料控制方法技术

本发明专利技术提供一种铝电解槽分布式多点下料控制方法，属于铝电解技术领域。所述方法包括：将铝电解槽根据下料口的位置划分成多个相互影响的子系统，利用基于数据驱动的子空间辨识方法辨识整个铝电解槽的预测模型，经分解推导出各个子系统的预测模型；针对每个子系统构建基于预测模型的下料控制器，其中，不同下料控制器之间通过网络传递氧化铝下料量和氧化铝浓度；根据得到的各个子系统的下料控制器，各个子系统在考虑其他子系统下料的影响下求解满足纳什最优的氧化铝下料量，使每个子系统实现分布式下料。采用本发明专利技术，能够明显改善氧化铝浓度均匀分布的问题。铝浓度均匀分布的问题。铝浓度均匀分布的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铝电解槽分布式多点下料控制方法


[0001]本专利技术涉及铝电解
，特别是指一种铝电解槽分布式多点下料控制方法。

技术介绍

[0002]为提高劳动生产率、降低投资成本，目前各企业均采用大容量预焙电解槽，400～600kA的预焙槽因具有高效率、低能耗等特点，逐渐成为我国铝电解行业的主流槽型。随着电解槽容量的不断加大，辅助设施和铝电解智能控制技术相对落后，大型电解槽局部阳极效应、局部沉淀等问题日益成为生产过程中不稳定的主要因素，给企业带来了严重的经济损失，并造成一定的人员伤亡。造成这些问题的主要原因是大型铝电解槽阳极底掌的氧化铝浓度分布不均匀。Moxnes等通过工业实验发现，当氧化铝浓度分布越均匀，电解槽的电流效率越高，阳极效应等异常槽况发生的概率就越低。所以调整好大型铝电解槽各个下料器的下料间隔，精确控制氧化铝的下料量，使氧化铝浓度均匀分布已成为企业普遍关注并急需解决的问题，同时对大型及超大型铝电解技术的进一步发展具有极为重要的现实意义。
[0003]随着软测量技术和分布式数据测量技术的发展，越来越多学者开始研究大型铝电解槽智能控制方法。曾水平等人提出一种利用模糊控制理论和专家经验结合的方法，通过模糊规则标准改变加料间隔来实现对氧化铝浓度进行控制。李界家等人采用广义回归神经网络(GRNN)来辨识氧化铝浓度模型，采用模糊小脑模型神经网络(FCMAC)来设计控制器，通过对加料设备的控制实现氧化铝浓度的控制。黄辉等人提出了一种基于最小二乘支持向量机氧化铝浓度软测量模型的数据驱动的智能控制系统，目前工作尚在进行中。吴正伟等通过对电解槽打壳下料装置及控制系统进行改进，对各下料点单独设置下料间隔，做到了单点精确下料控制。但这些控制方法都没有考虑铝电解过程中由于电解液的流动造成的各个下料口对其他下料口附近氧化铝浓度的影响，只考虑了槽电压、槽电阻等整体参数，没有充分利用重要的分布式参数。虽然也有文章基于分布式电流数据进行了深入研究，如Yao等利用随机森林建立了分布式电流和下料速率的关系，通过控制分布式电流保持一致来维持电解槽的稳定性，但最终仿真结果没有验证氧化铝浓度的均匀分布情况。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种铝电解槽分布式多点下料控制方法，能够明显改善氧化铝浓度均匀分布的问题。所述技术方案如下：
[0005]本专利技术实施例提供了一种铝电解槽分布式多点下料控制方法，包括：
[0006]将铝电解槽根据下料口的位置划分成多个相互影响的子系统，利用基于数据驱动的子空间辨识方法辨识整个铝电解槽的预测模型，经分解推导出各个子系统的预测模型；
[0007]针对每个子系统构建基于预测模型的下料控制器，其中，不同下料控制器之间通过网络传递氧化铝下料量和氧化铝浓度；
[0008]根据得到的各个子系统的下料控制器，各个子系统在考虑其他子系统下料的影响下求解满足纳什最优的氧化铝下料量，使每个子系统实现分布式下料。
[0009]进一步的，整个铝电解槽的预测模型表示为：
[0010][0011]其中，k表示采样时刻；L
w
∈R
mN
×
2mN
和L
u
∈R
mN
×
mN
都表示待求的参数矩阵，由子空间辨识得到，N表示预测窗口长度，m表示子系统的数目；识得到，N表示预测窗口长度，m表示子系统的数目；表示预测的氧化铝浓度组成的向量，上标T表示矩阵转置，w
p
(k)表示过去的输入、输出数据组成的向量，u
f
(k)表示未来的输入数据组成的向量，输入为氧化铝下料量，输出为氧化铝浓度，下标“p”和“f”分别表示过去和未来；w
p
(k)、u
f
(k)、分别定义如下：
[0012][0013][0014][0015][0016][0017][0018]其中，i＝1,2,...,m。
[0019]进一步的，输入、输出数据的获取方式包括：
[0020]利用单个阳极导杆的电流和现场试验采集不同子系统区域的氧化铝浓度数据，建立分布式电流和分布式氧化铝浓度的软测量模型，由此获得m个子系统的氧化铝浓度数据；
[0021]结合氧化铝的溶解消耗机理以及下料间隔得到的氧化铝下料量数据。
[0022]进一步的，利用最小二乘法和正交投影，求解参数矩阵L
w
和L
u
。
[0023]进一步的，所述经分解推导出各个子系统的预测模型包括：
[0024]将整个铝电解槽的预测模型分解为：
[0025][0026]得到各个子系统的预测模型，表示为：
[0027][0028]进一步的，所述针对每个子系统构建基于预测模型的下料控制器包括：
[0029]将全局的性能指标表示为所有子系统性能指标之和，其中，全局的性能指标表示为：
[0030][0031][0032]其中，J
i
表示第i个子系统的性能指标；r
i
(k)为第i个子系统的氧化铝浓度参考值；Q
i
和R
i
都为正定加权矩阵；
[0033]利用子系统的预测模型更新J
i
，得到：
[0034][0035]对更新后的J
i
进行微分求极值：
[0036][0037]得到各个子系统的下料控制器：
[0038][0039]将u
f
‑
i
的第一个分量传递给其他子系统。
[0040]进一步的，所述根据得到的各个子系统的下料控制器，各个子系统在考虑其他子系统下料的影响下求解满足纳什最优的氧化铝下料量，使每个子系统实现分布式下料包括：
[0041]每一个采样时刻进行一次迭代计算，得到该采样时刻的每个子系统的最优的氧化铝下料量，并判断是否满足纳什最优解或达到最大迭代次数，同时把计算得到的最优氧化铝下料量传递给其他子系统，当所有子系统的最优氧化铝下料量都满足纳什最优解或达到最大迭代次数，迭代结束，实现全局最优
[0042]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0043]本专利技术实施例中，考虑了铝电解过程中由于电解液的流动造成的各个下料口对其他下料口附近氧化铝浓度的影响，各子系统的分布式控制器(即：下料控制器)通过网络与其他子系统交换信息，通过控制器之间的通信，使各个下料口协调工作，实现分布式下料，能够明显改善氧化铝浓度均匀分布的问题，提高电解槽的电流效率及各个子系统的控制性能，对实现大型铝电解槽中氧化铝浓度的均匀分布有重要的指导意义。
附图说明
[0044]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝电解槽分布式多点下料控制方法，其特征在于，包括：将铝电解槽根据下料口的位置划分成多个相互影响的子系统，利用基于数据驱动的子空间辨识方法辨识整个铝电解槽的预测模型，经分解推导出各个子系统的预测模型；针对每个子系统构建基于预测模型的下料控制器，其中，不同下料控制器之间通过网络传递氧化铝下料量和氧化铝浓度；根据得到的各个子系统的下料控制器，各个子系统在考虑其他子系统下料的影响下求解满足纳什最优的氧化铝下料量，使每个子系统实现分布式下料。2.根据权利要求1所述的铝电解槽分布式多点下料控制方法，其特征在于，整个铝电解槽的预测模型表示为：其中，k表示采样时刻；L
w
∈R
mN
×
2mN
和L
u
∈R
mN
×
mN
都表示待求的参数矩阵，由子空间辨识得到，N表示预测窗口长度，m表示子系统的数目；表示预测的氧化铝浓度组成的向量，上标T表示矩阵转置，w
p
(k)表示过去的输入、输出数据组成的向量，u
f
(k)表示未来的输入数据组成的向量，输入为氧化铝下料量，输出为氧化铝浓度，下标“p”和“f”分别表示过去和未来；w
p
(k)、u
f
(k)、分别定义如下：分别定义如下：分别定义如下：分别定义如下：分别定义如下：分别定义如下：其中，i＝1,2,...,m。3.根据权利要求2所述的铝电解槽分布式多点下料控制方法，其特征在于，输入、输出数据的获取方式包括：利用单个阳极导杆的电流和现场试验采集不同子系统区域的氧化铝浓度数据，建立分
布式电流和分布式氧化铝浓度的软测量模型，由此获得m个子系统的氧化铝浓度数据；结合氧化铝的溶解消耗机理以及下料间隔得到的氧化铝下料量数据。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔家瑞，王佩宁，黄若愚，杨旭，李擎，曹斌，阎群，路辉，李香泉，李文浩，
申请(专利权)人：贵阳铝镁设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：