基于NMPC的鋁電解槽氧化鋁濃度控制方法研究

閻 群,劉 波,路 輝,崔家瑞,黃若愚,王義軒,李 擎,曹 斌

(1.北京科技大學 自動化學院,北京 100083;2.貴陽鋁鎂設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550003)

氧化鋁濃度是鋁電解生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的參數(shù)[1]。鋁電解生產(chǎn)時電解質(zhì)中氧化鋁濃度一般需要控制在1.5%～3%[2],過高容易在槽底生成氧化鋁沉淀,降低鋁電解的電流效率并且影響電解槽壽命;而過低則容易導致鋁電解過程陽極效應頻發(fā),造成大量不必要的能源損耗和環(huán)境污染。所以,實現(xiàn)鋁電解生產(chǎn)過程中氧化鋁濃度精確控制對于鋁電解槽的物料平衡、穩(wěn)定高效運行具有十分重要的意義。

目前,國內(nèi)外針對氧化鋁濃度控制方法的研究已有許多,主要包括自適應控制[3]、槽電阻斜率控制[4]、模糊控制[5-6],以及多種方法的綜合控制[7-8]等。文獻[3]和文獻[4]是利用槽電阻與氧化鋁濃度的關(guān)系,通過不同下料速率的切換來實現(xiàn)氧化鋁濃度的控制。這種控制思路能夠有效估計氧化鋁濃度,使電解槽處于基本穩(wěn)定的工作狀態(tài),但存在控制動作相對粗獷、氧化鋁濃度波動大等問題。文獻[5]提出的模糊控制方法有效利用歷史經(jīng)驗和專家知識,制定并不斷修改模糊控制規(guī)則,實現(xiàn)較高的氧化鋁濃度控制精度,但是存在模糊規(guī)則設置非常依賴專家知識和歷史經(jīng)驗的問題。文獻[7-8]結(jié)合多種控制方法的優(yōu)點,進一步提高了氧化鋁濃度控制的精度,但存在控制器結(jié)構(gòu)復雜、計算所需時間長、控制成本高,難以在現(xiàn)有槽控機硬件系統(tǒng)上實現(xiàn)等問題。……