摘  要: 介绍了模糊专家技术在铝电解生产过程中的应用；给出了铝电解模糊专家控制器系统结构图和模糊关系。应用该技术控制铝电解生产取得了较好的控制效果。

　　关键词: 电解槽  模糊控制  专家系统

　　铝电解是电解槽通以直流电，将氧化铝电解成金属铝的高电耗冶金生产过程。高效节能是铝工业技术发展的主要方向。在槽型确定的情况下，为降低吨铝电耗，提高电流效力、优化铝电解生产工艺技术条件就成为提高电解技术经济指标的决定因素。技术条件的优化主要靠自控技术的不断发展和控制水平的不断提高来实施。

　　由于铝电解槽是一个复杂的系统，存在非线性、大滞后等因素，因此建立精确数学模型困难，用传统的控制方法难以达到好的控制效果。而模糊专家控制恰好在解决这类问题中表现出了优越性，它具有快速性好、直接根据人工经验设计、不需要精确数学模型等显著特点，为铝电解控制提供了有效解决途径。因此本厂将模糊专家控制技术用于铝电解生产，取得了较好的控制效果。

1 铝电解控制过程分析

　　铝电解控制系统能实时采集生产过程中的信号，包括:电解槽槽电压(V)和系列电流(I)。对生产过程实施的控制有两种，即极距调节和打壳下料，分别控制槽电压(或槽电阻)和电解质熔体中的氧化铝浓度。氧化铝浓度目前无法在线检测，但是它和槽电阻(R)存在一定性U型关系，并且和氧化铝下料量有一定的滞后关系。R可由(1)式求得:

　　式中: E—电解槽反电势

　　设氧化铝浓度为C(下料方式:欠料、过料)，周期改变氧化铝下料速率，使氧化铝浓度在一定范围内变化。假定在未调节极距(移动阳极)期间槽电阻变化由氧化铝浓度所引起，即:

2 控制方法研究

2.1 模糊控制(FUZZY)

　　铝电解模糊控制器系统结构图见图1。

　　Y_r、Y分别为输入、输出量，E、Ec、U分别为偏差 e、偏差变化率ec和控制量u的模糊语言变量，K1、K2为量化系数。取E、Ec、U的论域为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，论域上均取七个FUZZY集，即:正大，正中，正小，零，负小，负中，负大，并赋予它们各自对应的模糊集取值(即隶属度值)。

2.2 建立模糊控制规则表

　　模糊控制规则表是基于操作者手动控制策略的总结和归纳，根据实际操作经验写成的推理语言控制规则可表示为：

2.3 建立查询表

　　按直乘运算规则求FUZZY关系R_i，通过对所有FUZZY关系R_i(i=1，2，……n)的运算，可以获取表征铝电解控制系统控制规则总的FUZZY关系R，计算R后，基于推理合成规则，针对论域全部元素的所有组合，求出相应的控制决策U的FUZZY集合；再按取隶属度最大原则对此集合进行判断，得到相应控制量，最后获得FUZZY控制查询表。将该表存入计算机中，实时控制时根据E、Ec直接查找控制表，获取控制量，再乘比例系数K3即可作为输出去控制生产过程。

3 建立模糊专家控制方案

    模糊专家控制器的一般结构形式见图2。

3.1 铝电解模糊专家控制方案

　　铝电解模糊专家控制器结构示意图见图3。

    根据工艺要求，下料模糊控制和极距模糊控制由推理机根据推理结果选择合适的控制模式。模糊控制规则表达综合为两种形式:一种是“如果(条件)” 则“结论”的规则形式，用于表达各种特定或异常工况下模糊控制规则；另一种是采用带修正因子控制规则自动修正模糊控制规则表达形式，用于表达常态工况下模糊控制规则，以便通过引入可自动调整的控制规则修正因子，实现对模糊控制规则的在线自动调整。

　　模糊专家推理机根据电解槽所处操作条件和槽况分析结果来调整模糊控制规则和改变控制效果，使控制器具有同时处理精确知识和模糊知识的优点，可用于不能建立精确数学模型的被控对象的高性能控制。模糊专家推理机综合运用如下四种形式:① 选择不同控制模式；②调整控制规则表达式的修正因子；③调整模糊变量论域；④调整模糊控制设定值。

　　论域自调整机制的建立使控制器可根据槽况的变化和控制模式的切换，自动调整输入、输出模式变量所对应的精确值的论域，从而可简便有效地达到在线自动调整控制器的工作点和动、静态品质的目的。模糊专家控制利用上位机人机接口来实现规则库和数据调整，因而为知识获取与应用提供很强的灵活性。

4 系统运行效果与主要技术指标

　　(1)实现了下列监控效果       

　　氧化铝浓度波动偏差:2(Wt)%

　　正常槽温波动范围:±3°C       

　　阳极效应系数: <0.5    

　　阳极效应预报成功率:90%

　　(2)模糊专家控制槽控机主要技术指标

　　测量精度: <±0.1%          

　　控制精度: <±0.3%

　　超调整量: <±0.5%

　　(3)系统运行稳定可靠，能自动进行故障诊断。由模糊专家控制的槽控机投运后，电流效率提高3.11%；直流电耗降低411kWh/t.Al。

　　铝电解模糊专家控制系统在本厂生产过程中获得了成功应用，把电解专家、操作者经验判断和处理归纳在一起，获得了最佳控制效果。该系统稳定可靠，智能化程度高，可实现对电解槽生产的高效控制，对于实现我国铝电解工业的节能降耗和解决环境污染问题、提高铝电解工业生产自动化水平意义重大。

参考文献

1 孙增圻.智能控制理论与技术.北京:清华大学出版社，1997

2 李友善.模糊控制理论及其在过程控制中的应用.北京:国防工业出版社，1993

3 孙春亮.基于现场总线的全分布式铝电解智能控制系统的开发与应用.轻金属，2000(4)