智能控制技術(shù)在鋁電解過程中的應用探討

出于節(jié)能降耗目的，鋁工業(yè)生產(chǎn)過程中的工作人員針對工藝技術(shù)條件，不斷創(chuàng)新，重視鋁電解生產(chǎn)階段控制技術(shù)改進效果，鋁電解槽屬于比較復雜的非線性時變系統(tǒng)，因此利用常規(guī)性或者是單一性的控制措施難以對控制效果提升要求進行滿足，人工智能技術(shù)應用可為鋁電解控制工作提供新型化的解決途徑。

依據(jù)鋁電解過程中的特點內(nèi)容，智能控制可以劃分為不同的內(nèi)容，分別是專家系統(tǒng)、模糊控制以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡有機結(jié)合等，將智能控制技術(shù)應用在鋁電解過程中，以此構(gòu)成智能控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)也是鋁電解控制技術(shù)未來發(fā)展重要趨勢。

至歐陽修撰 《新五代史》（以下簡稱歐史），直斥馮道無廉恥，起始的傳論便引管子的話談禮義廉恥，“禮義，治人之大法；廉恥，立人之大節(jié)。蓋不廉，則無所不??；不恥，則無所不為。人而如此，則禍亂敗亡，亦無所不至，況為大臣而無所不取，無所不為，則天下其有不亂，國家其有不亡者乎！”隨之將矛頭指向馮道，“讀馮道《長樂老敘》，見其自述以為榮，其可謂無廉恥者矣，”下又以王凝妻李氏事為例，感嘆“士不自愛其身而忍恥以偷生者，聞李氏之風，宜少之愧哉。 ”〔11〕（卷五四，P611-612）

1 智能控制技術(shù)內(nèi)容分析

智能控制主要是借助人工智能知識表達以及邏輯推理方式對構(gòu)建精確化數(shù)學模型控制問題進行解決，屬于邊緣性的交叉學科。①專家系統(tǒng)內(nèi)容，此種系統(tǒng)屬于智能化的計算機程序，借助知識獲取措施將人類知識以及經(jīng)驗方式融合到計算機中，對人類推理和決策過程進行模擬，獲取專家知識可求解成功的高難度問題。②模糊控制工作，在不兼容原理中提示，系統(tǒng)中增加復雜性同時，精確化能力會有所降低，達到相應限值后，復雜性以及精確性呈現(xiàn)相互排斥現(xiàn)象。模糊可控制工作將模糊集合理論作為出發(fā)點，構(gòu)建大腦以及計算機之間的橋梁，可將人類專家中的模糊信息形式存儲經(jīng)驗和知識轉(zhuǎn)化成相應規(guī)則形式，這種形式計算機可接受

。計算機可對大腦模糊信息處理工作，針對控制被控對象進行推理和判斷。③人工神經(jīng)網(wǎng)絡內(nèi)容分析，此種技術(shù)內(nèi)容是對人體直觀性思維模式進行模擬，其經(jīng)過大量簡單處理單元后，具有廣泛性，實現(xiàn)互聯(lián)，構(gòu)成復雜性的網(wǎng)絡，針對人腦神經(jīng)網(wǎng)絡中的結(jié)構(gòu)以及行為，構(gòu)成非線性動力學系統(tǒng)，主要特色是信息分布式協(xié)同處理工作，過程中凸顯較強的容錯性，可有效開展聯(lián)想、綜合以及推廣工作。

2 鋁電解智能控制技術(shù)應用現(xiàn)狀分析

首先是在鋁電解槽的分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，主要有以下內(nèi)容：①過程控制級內(nèi)容，此部分內(nèi)容是通過一定數(shù)量的開放式智能槽控機系統(tǒng)構(gòu)成，不同智能操控機會控制相應的電解槽，基本是一臺，可獨立獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，完成采集工作，解析實時槽況，進行數(shù)據(jù)通信。在電解生產(chǎn)過程中，進行下料和效應報警等工作，結(jié)合實際情況獲取的解析結(jié)果，開展相應電解控制工作。②過程優(yōu)化級內(nèi)容，此部分技術(shù)環(huán)節(jié)構(gòu)成主要是接口監(jiān)控機以及數(shù)據(jù)庫服務器設備。系統(tǒng)分成不同的模塊，具有獨立性，分別為通訊模塊、監(jiān)控管理模塊、實時數(shù)據(jù)庫模塊以及遠程監(jiān)控模塊。過程優(yōu)化級部分屬于集中管理工作中的核心部分，基于此，利用冗余設計方式，通過一臺計算機作為服務器，計算機可用作接口監(jiān)控機設備。其中需要選擇一臺作為備用服務器

。在服務器設備產(chǎn)生故障后，接口監(jiān)控機可承擔相應的服務器功能。除此之外，各個接口監(jiān)控機設備之間可發(fā)揮互為備用功能，此種冗余設計可有效提升系統(tǒng)可靠性。③生產(chǎn)管理級內(nèi)容，這部分構(gòu)成主要有生產(chǎn)調(diào)度、電解車間以及化驗室等工作站和服務器設備系統(tǒng)，過程中采集電解生產(chǎn)各個部門的數(shù)據(jù)，企業(yè)經(jīng)營決策工作可具備更好的數(shù)據(jù)平臺，管理人員可完成綜合性數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，也就是為企業(yè)集團總體協(xié)調(diào)工作、計劃管理工作以及預測決策工作中提供重要數(shù)據(jù)支持。

1.2.1 抗腫瘤植物類中藥 人工檢索《中國藥典（一部）》（2015年版）和《中藥學》（第4版）收載的品種，納入明確標注有抗腫瘤或免疫調(diào)節(jié)作用的植物類中藥品種，包括植物和大型真菌。共檢索得到抗腫瘤植物類中藥166種。

智能控制技術(shù)在應用過程中，其將鋁電解槽作為基礎，綜合應用后構(gòu)成新型化的鋁電解槽模糊專家系統(tǒng)，系統(tǒng)中會涵蓋不同的子系統(tǒng)，分別為互相獨立以及互相溝通的系統(tǒng)，以此完成共同目的。上述子系統(tǒng)分別為實時控制子系統(tǒng)、三場動態(tài)仿真子系統(tǒng)以及神經(jīng)網(wǎng)絡槽況診斷專家子系統(tǒng)。在信息處理過程中，分類解析采集電解槽信息，將獲取的解析結(jié)果提供到槽況診斷子系統(tǒng)中，同時也需要推送到實時控制專家子系統(tǒng)中。

上述內(nèi)容提示，鋁電解槽屬于慣性系統(tǒng)，其具有多變量特性、非線性以及大滯后性等，模型應用過程中存在不確定性，鋁電解過程中的控制主要是借助槽電阻以及極距之間的關(guān)系等，對其中其他因素影響進行兼顧，對實際極距以及下料控制措施進行確定，過程中精確化的數(shù)學模型較為缺乏。基于此，智能控制技術(shù)需要應用在鋁電解生產(chǎn)中，相比于常規(guī)化控制措施更具優(yōu)越性，出于深入化探索先進鋁電解過程控制策略，提供重要基礎，以此生產(chǎn)階段可提高控制效果，滿足經(jīng)濟技術(shù)指標需求

。

3 鋁電解控制過程內(nèi)容分析

槽況診斷子系統(tǒng)需要對三場動態(tài)仿真子系統(tǒng)的信息進行接收，獲取人工輸入信息以及信息處理后的解析結(jié)果，診斷電解槽的實際槽況，總結(jié)槽況的中長期預報。實時控制子系統(tǒng)運行過程中，需要結(jié)合解析結(jié)果以及動態(tài)仿真信息和診斷最終結(jié)果，確定針對性的控制措施，鋁電解過程中產(chǎn)生的極距以及氧化鋁濃度得以有效控制，以此完成電流效率需要的工藝技術(shù)條件。①實時控制子系統(tǒng)，專家知識以及經(jīng)驗的有效應用，提高控制效果，需對專家系統(tǒng)技術(shù)和模糊控制技術(shù)進行綜合應用，實現(xiàn)技術(shù)開發(fā)。開發(fā)過程中，可借助模糊產(chǎn)生式表示法對推理機利用的多樣性規(guī)則進行統(tǒng)一表達。所有規(guī)則需按照規(guī)則集完成相應分組，實現(xiàn)統(tǒng)一性存儲，將其應用在規(guī)則庫中。在規(guī)則庫中其內(nèi)容主要有自行診斷以及分析槽況等，選擇相應控制模式，對設定值進行控制和修正。借助近似推理的原理，利用模糊專家系統(tǒng)中的推理技術(shù)，實現(xiàn)推理機構(gòu)造，此種推理過程是借助數(shù)據(jù)庫中的事實數(shù)據(jù)以及不同規(guī)則前提開始匹配。在事實庫中的事實需要具備精確性的命題，其中也存在不精確的命題，推理機可允許精確性匹配，同時也存在不精確的匹配，推理機可對精確匹配進行允許，同時也可以允許部分匹配，整體規(guī)則匹配需確定所有前件以及斷言之間的匹配程度最小值，這一數(shù)值相比于提前設定的閾值較大，規(guī)則會進入到觸發(fā)規(guī)則集中，利用規(guī)則分組、優(yōu)先級以及匹配程度中的沖突消解策略需執(zhí)行最終規(guī)則

。電解槽本身的特性是非線性以及時變性，出于增強控制器性能目的，結(jié)合電解槽特點需借助論域自調(diào)整算法。也就是推理機通過槽況變化，轉(zhuǎn)變控制模式，對模糊變量進行修改輸入，同時對應精確數(shù)值論域以及輸出模糊變量對應精確值論域可進行修改輸入，此種方式可在線自動化調(diào)整模糊專家控制設備工作靜態(tài)以及動態(tài)，凸顯效果和簡便性。②在線仿真子系統(tǒng)內(nèi)容，此系統(tǒng)構(gòu)建是將物理場計算機仿真原理作為基礎，過程中對反映物理場變化信息進行收集和量化，借助動態(tài)性仿真數(shù)學模型求解未知物理場特征參數(shù)，在需要情況下，借助二維動態(tài)凸顯對仿真結(jié)果進行顯示，其中凸顯價值的結(jié)果分別為槽內(nèi)溫度數(shù)值分布以及槽膛內(nèi)形。③情況診斷專家子系統(tǒng)內(nèi)容，在槽況診斷過程中，其信息數(shù)據(jù)凸顯的特點是類型多、不完善性以及不精確性等，基于此，需要借助下述模式生產(chǎn)式表示法對槽況診斷規(guī)則進行表達，即“if-條件-then-結(jié)論”，難以利用有效規(guī)則對多種可能產(chǎn)生的情形進行完整性描述，產(chǎn)生知識庫爆炸情況。避免這一問題出現(xiàn)，采取的有效措施是借助神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)建設槽況診斷專家子系統(tǒng)知識庫，神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)在表達、學習以及總結(jié)知識等方面效率較高。槽況診斷信息應用借助以下幾種途徑獲取，其一是槽控機設備信息數(shù)據(jù)，其二是三場仿真信息數(shù)據(jù)，其三是人工檢測信息數(shù)據(jù)。槽部分診斷專家系統(tǒng)知識主要分為以下兩種類型，其一是槽況診斷知識，其二是槽況維護決策知識，基于此，網(wǎng)絡需要將其相應劃分為兩種并聯(lián)方式連接的四層子網(wǎng)絡，構(gòu)成槽況診斷專家子系統(tǒng)。此種系統(tǒng)運行可有效獲取信息，對電解槽的狀態(tài)進行判斷。槽況維護決策網(wǎng)絡主要使用在本日出鋁量的信息獲取工作中，同時包括本日設定電壓調(diào)整量等，上述工作均為人工控制參數(shù)或是自動控制設定值，以此開展決策工作

。

其次實施主要控制方式內(nèi)容，在鋁電解生產(chǎn)階段，控制基本性任務是穩(wěn)定性控制電解槽物料平衡以及能量平衡。電解槽運行工程中保證其理想控制狀態(tài)是確保極距以及電解質(zhì)溫度等，確保其最佳值的恒定不變。

4 控制方法研究

(1)經(jīng)濟新常態(tài)對專創(chuàng)型教師提出了更高的要求。經(jīng)濟新常態(tài)下，中國經(jīng)濟的增速、發(fā)展方式、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、發(fā)展動力等表現(xiàn)為中高速發(fā)展、重質(zhì)量效率、優(yōu)化產(chǎn)能、創(chuàng)新驅(qū)動等特點，這就要求區(qū)域經(jīng)濟相應的轉(zhuǎn)型升級，對于主要服務于地域經(jīng)濟發(fā)展的獨立學院而言是一種挑戰(zhàn)。尤其是創(chuàng)新驅(qū)動的經(jīng)濟發(fā)展動力需要對應的創(chuàng)新應用型人才，要求有對應的創(chuàng)新應用型師資，而新技術(shù)、智能裝備等新動能又是經(jīng)管類教師的弱勢所在，成為專創(chuàng)型師資隊伍建設的難題。

在鋁電解槽中其主要產(chǎn)生的作用較為復雜，存在交互性，充斥著電、磁、熱、流場的作用，通過物理化學以及電化學反應促使其狀態(tài)變化較為復雜，過程中會受到周期性人工作業(yè)工序影響，比較常見的是出鋁以及更換陽極等干擾，針對控制誤差積累，難以開展檢測工作，進而生成復雜性的時變特性內(nèi)容

?，F(xiàn)階段，控制系統(tǒng)完成直接連續(xù)性采集電解槽信號數(shù)量顯示為兩個，分別是槽電壓以及系列電流，其可以借助機械裝置對過程完成直接控制，分別是極距調(diào)節(jié)部分以及打殼下料部分，可對槽電壓以及電解質(zhì)融體中的氧化鋁濃度進行控制。目前不能完成氧化鋁濃度的在線檢測，但應用過程中其會與電阻之間產(chǎn)生不對稱U型關(guān)系，周期性改變下料速度，將下料方式調(diào)整為欠量下料以及過量下料，實現(xiàn)周期性交替，促使氧化鋁濃度處于一定范圍內(nèi)變化，前提條件設置為未移動陽極，槽電阻變化僅僅通過氧化鋁濃度變化造成，其中槽電阻數(shù)值伴隨時間變化速率數(shù)值，大小對槽電阻的氧化鋁濃度導數(shù)大小數(shù)值進行反映。槽電阻數(shù)值基于一定時間，其累積斜率數(shù)值對氧化鋁濃度的實際變化率數(shù)值反映。氧化鋁濃度數(shù)值設置為不易發(fā)生陽極效應以及不易產(chǎn)生沉淀的區(qū)間。出于利用槽電阻時間變化速率數(shù)值，對氧化鋁濃度數(shù)值進行判斷，在工作區(qū)槽點組針對氧化鋁濃度需要確保足夠大的導數(shù)，以此濃度工作區(qū)的最佳濃度控制數(shù)值得以滿足

。

5 鋁電解生產(chǎn)過程智能集成網(wǎng)絡控制系統(tǒng)內(nèi)容分析

鋁電解槽中給予電、磁、熱、流場等復雜作用，促使狀態(tài)抓緊復雜化，過程中也會經(jīng)受周期性的人工作業(yè)工序干擾，因此產(chǎn)生多變量、多線性以及時變性等特性，鋁電解生產(chǎn)階段其主要控制目標，是借助氧化鋁濃度數(shù)值以及電解質(zhì)溫度數(shù)值預測模型獲取氧化鋁濃度以及電解質(zhì)溫度的具體預測值，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，納入多樣化因素影響，極距以及下料實際控制策略得以控制，確保電解槽熱平衡以及物料平衡性，以此實現(xiàn)最佳工藝條件。

基于此種基礎，常規(guī)控制技術(shù)中，其主要利用單一性智能控制技術(shù)，控制效果較差，依據(jù)鋁電解過程中的凸顯特點內(nèi)容，將智能集成技術(shù)應用在鋁電解過程控制工作，生產(chǎn)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)得以設計，在具體生產(chǎn)中控制效果得以凸顯

。①將混沌優(yōu)化作為基礎，形成電解質(zhì)溫度模糊控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)主要形式為串級，主控制器部分為混沌優(yōu)化作為基礎的溫度模糊控制器，副控制器部分主要是槽電壓專家模糊控制器部分。除此之外，需綜合性分析系列電流波動的槽電壓影響，過程中增加前饋控制器設備，此種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢可增加系統(tǒng)響應速度，擾動調(diào)節(jié)能力提高后，克服對象中的非線性。②氧化鋁濃度模糊專家控制系統(tǒng)，鋁電解過程中，氧化鋁濃度控制比較重要，濃度數(shù)值較高，槽底沉淀，電流效率下降，同時電阻以及陰極會降低，鋁液層穩(wěn)定性受到影響。氧化鋁濃度較低，極易產(chǎn)生陽極效應，增加槽電壓，電解槽的能量平衡受到破壞，基于此，電流效率保證，需對槽內(nèi)氧化鋁濃度數(shù)值進行維持，保證其處于較低濃度，避免產(chǎn)生陽性效應問題

。

在南充市儀隴縣柑橘示范園區(qū)的實踐案例中，在地區(qū)的現(xiàn)狀調(diào)研及案例借鑒的基礎上，提出了“M.A.R.S”即多維休閑農(nóng)業(yè)綜合體（MuItidimensional Agriculture Recreation Synthesis）的規(guī)劃理念。

6 總結(jié)

在目前社會發(fā)展中，更加重視節(jié)能降耗效果，鋁工業(yè)研究工作人員處于改進工藝技術(shù)條件需求，更加重視鋁電解生產(chǎn)過程控制技術(shù)改進效果。鋁電解槽屬于具有復雜性的非線性時變系統(tǒng)，基于此，利用常規(guī)性以及單一性的控制措施，其難以與控制效果要求相適應。

人工智能技術(shù)實現(xiàn)發(fā)展和進步，鋁電解控制工作具備新型化的解決途徑。在鋁電解生產(chǎn)過程中，結(jié)合其特點，智能控制可以劃分為以下幾個子系統(tǒng)，分別是專家系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡，實現(xiàn)子系統(tǒng)的有機結(jié)合，將其應用在鋁電解過程中，構(gòu)成智能控制系統(tǒng)，是現(xiàn)階段鋁電解控制技術(shù)未來發(fā)展重要趨勢。鋁電解工藝技術(shù)水平提高同時，經(jīng)濟效益以及生產(chǎn)安全性提升，緩解人工工作壓力，提高生產(chǎn)效率。

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