铝电解故障诊断与容错控制策略研究

作     者：官文越 

作者单位：沈阳建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李界家

授予年度：2014年

学科分类：080603[工学-有色金属冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：铝电解 容错控制 故障诊断 故障检测系统 容错控制系统 

摘      要：铝电解生产工业体系流程复杂,受外界强电场,强磁场及高腐蚀等一系列不利因素的影响,使得铝电解过程成为一个干扰性强,大时滞,强耦合,故障类型多且发生频繁,控制难度大的复杂非线性系统,由于这些不利因素的存在,导致铝电解的生产过程在操作上不易受到监督和控制,因而有效地对铝电解槽的工况进行故障预报,对减小生产过程中的能耗,延长铝电解槽的寿命具有十分重要的意义。由于在铝电解过程中,槽体内部发生着复杂的化学及物理变化,故障类型多,对运行过程中的监控检测构成了一定难度。在通常情况下,我国的大型预焙铝电解槽设备均采用氧化铝点式加料方式对电解过程进行控制,这种控制方式没有考虑到各相连槽体的运行状态,而采用统一的控制模式,使得控制效果不明显,直接影响氧化铝浓度的控制精度。正是基于以上原因的考虑,本论文根据铝电解生产工业的特点,提出了一种铝电解故障诊断与容错控制策略,这种策略的思想是：首先依据铝电解槽的电解工作运行状况进行初步性的诊断,进而通过诊断出的不同运行情况采用不同的且具有针对性的处理方案,将故障诊断技术与容错控制技术做合理的融合,并将其引入进铝电解生产系统中。本论文主要做了如下工作第一,介绍了铝电解故障诊断技术的背景知识,简单阐述了现阶段国内外铝电解技术的发展状况,以及针电解的工作原理及特点。进一步分析阐明了进行铝电解故障诊断的必要性。第二,概述了故障诊断预报技术与容错控制技术,铝电解生产系统中的主要技术参数及常见的故障类型。分析了现阶段铝电解过程采用单一控制模式的不足,并且提出了一种将故障诊断技术与容错控制技术相结合的铝电解控制方法。第三,将可拓神经网络融入进铝电解槽状态检测系统的设计中,并且在传统可拓神经网络中创新性地引用进了灰色预估和免疫遗传算法。最后对改进前后的两种网络进行了仿真实验研究,通过实验结果的对比发现采用改进后的可拓神经网络更具控制优越性。第四,针对于检测出的正常状态、阳极效应状态和热槽冷槽状态设计了铝电解槽容错控制系统,采用三种不同的且具有针对性处理功能的容错控制方案,并在最后对系统进行了仿真研究,证明了此方法可以改善故障状态时氧化铝加料控制的平稳性。第五,阐述了网络控制实现方法,从硬件控制和软件控制两方面进行设计,为了达到实现系统集监测、诊断、控制和管理于一体的目的。第六,针对于本论文中所提出的铝电解故障诊断与容错控制策略总结得出了一些相关的结论。