铝电解槽的计算机控制

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1、铝电解槽的计算机控制近20年来，自动化技术得到了迅猛发展，其应用几乎深入到了工业生产过程的各个方面，产生了巨大的社会经济效益。自动化技术——是一门综合应用控制理论、电子装备、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量，提高质量、降低消耗和污染、确保安全等目的的服务性技术。计算机的出现及其在工业自动化中的应用——推动了传统的经典控制理论向现代控制理论和智能控制理论的发展。相应地，传统的模拟型仪器仪表和自动化单元愈来愈多地让位于采用了计算机技术的数字化、智能化、网络化、开放化的仪器仪表、自动化单元与计算机系统

2、。更重要的是，前者不能解决的自动化问题正在被“英才辈出”的后者所解决。自动控制理论与技术的发展19世纪末：产生自动控制理论（蒸汽发动机系统的调速器）20世纪初～20世纪50年代前后，建立经典控制理论（是各类仪表控制的基础）20世纪60年代末：建立现代控制理论（电子计算机的出现推动其发展，是计算机控制系统及智能化仪表的基础）70年代以来：建立和发展智能控制理论（微型计算机的飞速发展推动其发展，是计算机智能控制系统的基础）自动控制理论与技术的发展控制仪表智能化控制仪表计算机控制系统计算机智能控制系统经典控制理论与技术现代控制理论与技术数学模型——高阶微分方程式

3、单输出-单输出线性定常系统智能控制理论与技术数学模型——一组一阶微分方程（状态方程）多输出-多输出线性或非线性，定常或时变系统知识模型——知识表达与推理多输出-多输出各类复杂系统常规控制理论（经典、现代）的缺陷——依赖理想化的精确的数学模型；——设计方法愈来愈数学化；——控制算法较为理想化；——不能有效利用人类的非数学表述型知识和经验；为了摆脱建立数学模型的困难，并使控制系统能有效地应用人类专家的知识和经验，控制理论出现了新的分支——智能控制理论。智能控制的起源——人工智能计算机科学中设计研究、设计和应用智能计算机的一个分支，是一种知识处理系统，具有记忆、

4、学习、信息处理、形式语言、启发式推理等功能；简单地说，是由计算机来表示和执行人类的智能活动；比较准确地说，指计算机执行某些与人的智能有关的复杂功能（如推理判断、图像识别、理解、学习、规划和需要有运用推理等智能的问题求解）的能力。形象地说，只告诉计算机做什么，而不告诉怎样做，计算机便能完成工作，便说计算机有了智能。智能控制——多学科交叉的产物人工智能自动控制智能控制人工智能自动控制智能控制运筹学系统论计算机科学智能控制其他人类工程学信息论智能控制的主要分支——（1）基于人工智能的专家系统（专家控制器）；（2）基于模糊推理和计算的模糊控制；（3）基于人工神经网

5、络的神经网络控制；（4）基于信息论、遗传算法和以上三种方法的集成型智能控制。智能技术在决策支持系统中的应用——智能决策支持系统决策支持系统专家系统（人工智能）智能决策支持系统决策支持系统（DSS）为决策者提供辅助决策的有用信息（“军师”、“参谋”）；DSS在MIS的基础上发展而来；传统的DSS：以定量决策为主，采用某些数据处理方法，从数据库中找到必要的数据，并利用数学模型的功能，为用户产生所需要的信息（用于决策的信息）；专家系统（ES）：以定性决策为主，采用知识搜索方法，从存放有大量专家知识的知识库中获得解答问题所需的知识，并经过推理为用户产生所需的信息（

6、如用于决策的信息）。IDSS：DSS与ES的结合，达到定性辅助决策与定量辅助决策相结合，大大改善辅助决策的效果。铝电解虽然是传统产业，但在应用自动化技术方面却能紧跟时代的步伐，这主要是因为：——近30年来，自动化技术在铝电解工业的节能、降耗、增产、环保、安全等各个方面发挥了巨大的作用；——在铝电解企业从“高能耗、大污染、劳动力密集型”的传统形象向“高效率、无污染、自动化”的现代化企业形象的跨越过程中起到了重大推动作用。先进自控理论与技术在铝电解企业的应用主要体现在铝电解生产系列的计算机控制系统中。国际上从80年代起研究：自适应控制、推理控制、专家系统等先进

7、控制（智能控制）技术在铝电解过程控制中的应用。我校从80年代后期起研究自适应控制、模糊控制等多种智能控制技术在铝电解过程控制中的应用。铝电解过程的特点——铝电解生产采用多达数百台电解槽串联成一个生产系列的方式进行。在强大的直流电流（100～300kA）的作用下铝电解槽内发生着复杂的高温物理化学和电化学反应，在该体系内形成互有关联的、可变的电场、磁场、温度场、熔体流动场等物理场。铝电解过程的特点（续）——由于铝电解槽内高温（940～970℃）熔体的强腐蚀性，浓度、极距和温度等重要的被控参数目前尚不能在线检测，能在线检测的信号只有槽电压和系列电流；所以能及时地

8、反映电解槽状态变化的主要参数便只有由这两个信号采集值计算得到的表观