一种稀土电解槽稀土氧化物浓度控制方法技术

本发明专利技术涉及稀土熔盐电解智能控制技术领域，具体涉及一种稀土电解槽稀土氧化物浓度控制方法，首先以稀土电解槽的工作电压和下料量作为输入变量，以稀土氧化物浓度作为输出变量，然后采用基于递推最小二乘的线性系统子空间辨识算法建立稀土氧化物浓度状态空间模型；最后，根据稀土氧化物浓度状态空间模型，应用线性模型预测控制设计稀土氧化物浓度控制系统和目标函数求解最优控制率，实现稀土氧化物浓度的控制

【技术实现步骤摘要】
一种稀土电解槽稀土氧化物浓度控制方法


[0001]本专利技术涉及稀土熔盐电解智能控制
，具体涉及一种稀土电解槽稀土氧化物浓度控制方法
。

技术介绍

[0002]稀土熔盐电解过程中稀土氧化物浓度是一个重要参数，对于产品质量和节能减排方面有重要意义
。
稀土熔盐电解过程稀土氧化物浓度一般要控制在2％
‑4％之间，稀土氧化物浓度过高易发生沉淀在槽底的情况，使电解效率降低，减少电解槽寿命；浓度过高易发生阳极效应，增加能耗造成环境污染
。
因此，实现稀土电解过程中稀土氧化物浓度精确控制对稀土电解槽的稳定运行具有积极意义
。
[0003]目前，国内外针对稀土氧化物浓度控制方法已有研究，主要由模糊控制
、
自适应控制
、
槽电阻控制等
。
模糊控制比较依赖专家经验，当前经验还较少；自适应控制和槽电阻控制通过控制下料间隔实现稀土氧化物浓度控制，调节范围太广不精确
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种稀土电解槽稀土氧化物浓度控制方法，采用线性模型预测控制方法实现稀土氧化物浓度的精确控制
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种稀土电解槽稀土氧化物浓度控制方法，包括下列步骤：
[0006]步骤1：建立稀土氧化物浓度状态空间模型；
[0007]步骤2：根据所述稀土氧化物浓度状态空间模型，应用线性模型预测控制设计稀土氧化物浓度控制系统；
[0008]步骤3：所述稀土氧化物浓度控制系统结合目标函数求解最优控制率
。
[0009]可选的，所述稀土氧化物浓度状态空间模型的表达式为：
[0010][0011]式中
t
＝
1,
…
,N
‑
1,u
＝
[u1u2]Τ
为控制输入，
y
t
为控制输出，
x
t
为状态变量，
w
t
、v
t
为零均值白噪声
。
[0012]可选的，所述稀土氧化物浓度状态空间模型的建立包括下列步骤：
[0013]步骤
1.1
：基于稀土电解槽在线测量和离线测量的数据确定稀土氧化物浓度状态模型的输入变量和输出变量；
[0014]步骤
1.2
：根据输入输出变量构建
Hankel
矩阵
U
p
、U
f
、Y
p
、Y
f
，构建的
Hankel
矩阵为：
[0015][0016][0017][0018][0019]步骤
1.3
：求解子空间模型参数矩阵
Lw
和
Lu
；
[0020]步骤
1.4
：构建预测控制的输入向量
w
p
：
[0021]w
p
＝
(y
k
‑
M+1
…
y
k
u
k
‑
M+1
…
u
k
)
T
；
[0022]步骤
1.5
：引入带有遗忘因子的递推最小二乘法求解子空间模型的时变参数矩阵
L
w
和
L
u
的估计值，然后得到递推线性预估器：
[0023][0024]其中，为系统未来输出
Y
f
的最小方差预测值
。
[0025]可选的，所述稀土氧化物浓度控制系统由稀土电解槽
、
稀土氧化物浓度状态空间模型和控制器三部分组成，通过稀土氧化物浓度状态空间模型输出预测稀土氧化物浓度，控制器根据预测稀土氧化物浓度为稀土电解槽输出最佳浓度控制率
。
[0026]可选的，步骤3中的目标函数为所述稀土氧化物浓度控制系统中控制器的目标函数，表达式如下：
[0027][0028]式中：
N
p
、N
c
分别为预测时域和控制时域，
r
k+j
、
分别为
k+j
时刻系统的设定输出值和预测输出值，
Q、R
分别为输出权重和控制权重矩阵
。
[0029]可选的，步骤3求解最优控制率的过程，包括下列步骤：
[0030]步骤
3.1
：定义
k
时刻预测时域输入
u
Np
、
输出预测设定输出
r
k
、
控制时域输入
u
Nc
；
[0031]步骤
3.2
：将
y
p
、u
p
代入模型预测控制器的目标函数，其中
[0032][0033]得
[0034][0035]步骤
3.3
：最小化指标函数，求得控制率
u
Nc
为
[0036][0037]u
Nc
的第一项
u1作为控制器的输出施加于所述稀土氧化物浓度控制系统
。
[0038]可选的，所述稀土氧化物浓度控制系统的控制策略为：在每一个采样时刻，将控制率
u
Nc
的第一项
u1作为控制器的输出施加于系统，在下一个采样时刻，转至步骤
1.4
，重复以上操作
。
[0039]本专利技术提供了一种稀土电解槽稀土氧化物浓度控制方法，首先以稀土电解槽的工作电压和下料量作为输入变量，以稀土氧化物浓度作为输出变量，然后采用基于递推最小二乘的线性系统子空间辨识算法建立稀土氧化物浓度状态空间模型；最后，根据稀土氧化物浓度状态空间模型，应用线性模型预测控制设计稀土氧化物浓度控制系统和目标函数求解最优控制率，实现稀土氧化物浓度的控制
。
进一步的，本专利技术通过浓度控制保证了稀土电解槽的稳定运行，提高了电解效率，降低了能耗
。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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
。
[0041]图1是本专利技术的一种稀土电解槽稀土氧化物浓度控制方法的步骤流程示意图
。
[0042]图2是本专利技术稀土氧化物浓度状态空间模型的建模流程框图
。
[0043]图3是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种稀土电解槽稀土氧化物浓度控制方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：建立稀土氧化物浓度状态空间模型；步骤2：根据所述稀土氧化物浓度状态空间模型，应用线性模型预测控制设计稀土氧化物浓度控制系统；步骤3：所述稀土氧化物浓度控制系统结合目标函数求解最优控制率
。2.
如权利要求1所述的稀土电解槽稀土氧化物浓度控制方法，其特征在于，所述稀土氧化物浓度状态空间模型的表达式为：式中
t
＝
1,
…
,N
‑
1,u
＝
[u
1 u2]
Τ
为控制输入，
y
t
为控制输出，
x
t
为状态变量，
w
t
、v
t
为零均值白噪声
。3.
如权利要求2所述的稀土电解槽稀土氧化物浓度控制方法，其特征在于，所述稀土氧化物浓度状态空间模型的建立包括下列步骤：步骤
1.1
：基于稀土电解槽在线测量和离线测量的数据确定稀土氧化物浓度状态模型的输入变量和输出变量；步骤
1.2
：根据输入输出变量构建
Hankel
矩阵
U
p
、U
f
、Y
p
、Y
f
，构建的
Hankel
矩阵为：矩阵为：矩阵为：矩阵为：步骤
1.3
：求解子空间模型参数矩阵
Lw
和
Lu
；步骤
1.4
：构建预测控制的输入向量
w
p
：
w
p
＝
(y
k
‑
M+1
…
y
k
u
k
‑
M+1
…
u
k
)
T
；步骤
1.5
：引入带有遗忘因子的递推最小二乘法求解子空间模型的时变参数矩阵
L

【专利技术属性】
技术研发人员：唐焱，吕杭，高鹏，唐亮，高波，王岩，莫荣，胡清钟，徐晋勇，
申请(专利权)人：桂林智工科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：