下载文档原格式
电解铝课程设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握电解铝的基本原理、工艺流程及其影响因素，培养学生运用理论知识分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解电解铝的定义、分类和特点；（2）掌握电解铝的基本原理，包括电解槽、电解质、阳极和阴极反应等；（3）熟悉电解铝的主要工艺流程，如预处理、电解、铸造和回收等；（4）了解电解铝产业的发展现状和趋势。
2.技能目标：（1）能够运用所学知识分析和解决电解铝生产过程中的问题；（2）具备电解铝工艺参数的调整和优化能力；（3）掌握电解铝生产设备的选择和操作方法；（4）能够进行电解铝生产过程中的质量控制和安全管理。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对电解铝行业的兴趣和热情；（2）增强学生的社会责任感和环保意识；（3）培养学生团队协作和创新精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.电解铝基本原理：介绍电解铝的定义、分类和特点，电解槽、电解质、阳极和阴极反应等基本概念。
2.电解铝工艺流程：讲解预处理、电解、铸造和回收等主要工艺环节，分析各环节的影响因素和操作要点。
3.电解铝生产设备：介绍电解铝生产设备的选择和操作方法，包括电解槽、阳极氧化装置、铸造机等。
4.电解铝产业现状与发展趋势：分析电解铝产业的发展现状，探讨未来发展趋势和挑战。
5.电解铝生产过程中的质量控制和安全管理：讲解质量控制和安全管理的重要性，介绍相关方法和措施。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解电解铝的基本原理、工艺流程和生产设备等内容，为学生提供系统的知识体系。
2.讨论法：学生针对实际问题进行讨论，培养学生的思辨能力和团队协作精神。
3.案例分析法：分析电解铝行业案例，让学生学会运用理论知识解决实际问题。
4.实验法：安排学生进行电解铝实验，提高学生的实践操作能力和创新能力。
四、教学资源本课程所需教学资源包括：1.教材：选用权威、实用的电解铝教材，为学生提供系统的理论知识。
2018.06科学技术创新择性以及灵敏性，可以采取的改进措施为：第一，使220kV 零流Ⅱ段的保护动作整定时间以及整定值被有效降低；第二，对220kV 线路的后备保护动作时间、整定值进行合理调整，对相应后备保护范围进行缩减，从而使选择性要求得到充分满足。
（2）故障类型2：故障一：一号主变压器的220kV 侧速断拒动、220kV 侧的引出线出现相间短路以及一号主变的纵差动保护出现拒动。
故障仿真实验的效果：一号主变出现跳闸现象，220kV 出现过流保护动作。
故障二：一号主变压器的220kV 侧速断拒动、35kV 侧的引出线出现相间短路以及一号主变的纵差动保护出现拒动。
故障仿真实验的效果：一号主变出现跳闸现象，220kV 出现过流保护动作。
相应分析：一号主变压器35kV 侧的引出线出现接地短路故障，通常是由变压器主保护（主变纵差动保护拒动）与220kV 侧的速断拒动出现保护动作，然而在其主保护出现拒动故障的时候，便会由相应后备保护展开保护启动，在该仿真系统当中，一号主变压器35kV 侧的引出线出现接地短路时，对应后备保护是接地变零序的过流保护。
（3）故障类型3：35kV 的母差保护出现拒动故障，一母A 相出现接地短路。
①故障仿真实验的效果：35kV Ⅰ段的开关零流以及接地变的零流Ⅰ段发生动作。
②相应分析：35kV 的一母A 相出现接地短路故障时，应该由相应主保护的母差发生保护动作。
如果对应主保护出现拒动的状况，就需要由后备保护进行保护。
在此仿真系统当中，变压器后备保护也属于母线后备保护，所以在35kV Ⅰ段的开关零流以及接地变的零流Ⅰ段发生动作的时候，需要将变压器两侧开关断开，从而使故障被有效切除。
3.3实验总结优化方案：在正式使用变压器，特别是那些大型变压器前，需要展开空载合闸实验，借助实验选择最合适的后备保护模式，对相应方案进行科学设计；在对灵敏性以及选择性兼顾的基础上，对主变后备保护的起动定值或者时限加以调整。
电解铝课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解电解铝的基本原理，掌握铝的电解过程及相关的化学方程式。
2. 学生能够描述电解铝工业的生产流程，了解其在国民经济中的作用。
3. 学生能够掌握电解质的选择、电解槽的构造以及影响电解效率的因素。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析电解过程中的能量变化，提高解决问题的能力。
2. 学生能够通过实验操作，掌握电解铝的基本实验技能，提高实验操作能力。
3. 学生能够运用团队合作的方式，进行电解实验，提高沟通与协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到化学在国民经济中的重要作用，增强社会责任感和使命感。
2. 学生能够关注电解铝工业对环境的影响，树立绿色化学观念，提高环保意识。
3. 学生通过电解铝的学习，激发对化学科学的兴趣，培养科学探究的精神。
本课程针对高中化学学科，结合学生年级特点，注重理论与实践相结合。
课程旨在帮助学生深入理解电解铝的原理和生产过程，培养其科学思维能力和实验操作技能，同时强化环保意识和社会责任感。
通过具体的学习成果分解，教师可进行针对性的教学设计和评估，确保课程目标的实现。
二、教学内容本章节教学内容主要包括电解铝的基本原理、工业生产流程及实验操作。
具体安排如下：1. 电解铝基本原理：- 铝的物理性质和化学性质- 电解质的选择和电解过程- 电解铝的化学方程式及其反应原理2. 电解铝工业生产流程：- 氧化铝的制备和精炼- 电解槽的构造和设计- 影响电解效率的因素及优化措施- 电解铝的生产成本和环境影响因素3. 实验操作：- 电解铝实验装置的搭建与操作- 电解过程中电流、电压的变化及能量转换- 电解后铝的提取和纯化- 实验安全操作规程及注意事项教学内容依据课程目标，结合教材相关章节进行组织。
在教学过程中，教师需注意以下几点：1. 确保内容的科学性和系统性，引导学生掌握电解铝的基本原理和生产流程。
2. 注重理论与实践相结合，提高学生的实验操作技能。
包头新恒丰能源有限公司600KA电解铝工程计算机控制系统招标技术条件1.总则本技术条件使用于包头新恒丰能源有限公司600KA电解铝工程计算机控制系统。
本技术条件仅提出一些基本的要求，乙方应提供技术先进、性能完善、成熟可靠的产品以满足用户的需要。
本次招标范围：（252）台槽控机及上位机系统。
2.地理环境年平均环境温度： 4.8 °C海拔高度：1377-1401.7m最高温度：38.6 C最低温度：36.1 C电源相数：3相安装方式：壁挂式安装3.工作环境温度：-36.1~60C相对湿度：<80%磁场强度：150咼斯供电电源：隔离交流380V±10%, 50Hz士2% 二相五线制隔离交流220V+ 10%, 50Hz± 2% 二相二线制模拟电流信号：4~20mA 和0~5V一、主要技术要求铝电解槽计算机控制系统是铝电解生产的关键技术装备，是铝电解槽技术不可分割的组成部分，是铝电解槽技术经济指标能否实现的关键技术因素之一。
本电解生产系列的槽型为600KA预焙阳极铝电解槽。
根据该电解槽的技术要求，铝电解槽计算机控制系统与槽控机必须与该槽型的原则要求相适应。
控制系统应采用集散式多级分布控制和决策管理相结合的结构形式；控制系统应将数据采集、过程监控和生产管理有机结合起来，保证系统可靠性高，适应性强，实用，维护灵活方便；本工程拟采用的铝电解槽计算机控制系统与槽控机投运后应确保本电解生产系列采用的600KA铝电解槽能达到国内领先的技术经济指标。
二、控制系统的主要技术要求2.1控制结构：2.1.1 一台槽控机控制一台电解槽，每63台槽为一个工区，每个车间分为二个工区，每个车间由一台上位机进行数据通讯。
上位机至电解厂房之间的通讯采用单模光缆为通信介质（通讯使用的光-CAN 转换（或者以太网）设备采用通用设备）。
2.1.2上位管理级由环型网络结构组成以太网，并通过交换机接入公司局域网和以太网。
一座年产16万吨铝锭的铝电解车间毕业设计7摘要7前言8第一章市场分析91.1铝的性质91.2铝的发现简史91.3我国铝工业发展近况101.3.1 铝业背景101.3.2 制约瓶颈101.3.3 发展前景111.3.4 中国铝型材行业的简况111.4国际铝工业发展状况161.5对中国铝工业发展前景的认识17第二章厂址选择与论证212.1铝厂厂址选择区域简况212.1.1 地理优势212.1.2地形地貌222.1.3区位优势222.1.4 水文地址222.1.5 气候条件232.1.6 政策优势232.2.1资源优势242.2.2 水能电力资源25第三章技术经济指标253.1电解技术方案的选择与论证253.2主要技术经济指标的选择与论证263.2.1电流效率273.2.2电解质温度283.2.3 极距283.2.4电解质成分293.2.5电解质水平和铝水平303.2.6阳极效应系数313.2.7 阳极电流密度323.2.8 槽工作电压333.2.9 铝电解生产中的主要技术经济指标的确定33第四章电解槽结构设计与计算35 4.1概述354.2上部结构364.2.1 打壳下料装置364.2.2．阳极升降装置374.2.3 桁架与门式支架384.2.4 槽密闭排烟系统394.2.5 阳极结构394.3阴极结构414.3.1 槽壳414.3.2 内衬以及保温绝热结构424.3.3 电解槽基础444.4母线配置电压衡算454.4.1 母线结构及配置454.5能量和物料平衡核算及电压衡算494.5.1 物料平衡494.5.2 电压平衡514.5.3 能量平衡574.6电解槽选型、台数、产量以及结构计算684.6.1 电解槽寿命论证684.6.2 电解槽单槽日产量和年产量684.6.3 电解槽数量684.6.4 系列原始产量694.6.5 电解槽结构计算694.7辅助设备选择计算70第五章铝电解槽的预热与启动75 5.1预热方法概述755.2铝电解槽的启动765.2.1 铝电解启动条件775.2.2 干法启动775.2.3 湿法无效应启动785.2.4 湿法效应启动785.2.5 效应启动与无效应启动的对比785.3预焙槽启动初、后期的经管795.3.1 电解质水平和铝水平的经管795.3.2 槽电压和效应系数的经管805.3.3 电解质分子比的经管80第六章铝电解槽正常生产经管81 6.1电解车间的生产经管816．2电解车间工艺技术条件经管856.2.1 槽电压经管856.2.2 铝水平及出铝经管866.2.3 极上保温料的经管876.2.4 效应经管886.2.5 效应间隔经管906.2.6 原铝质量经管90第七章烟气净化及原料输送93 7.1铝电解烟气中的有害物质937.2铝电解烟气净化方法947.3烟气干法净化工艺设备配置947.3.1 烟气捕集部分957.3.2 新鲜氧化铝供给部分967.3.3 载氟氧化铝回收部分967.4原料输送及电解槽供配料967.4.1 原料输送967.4.2 电解槽供配料97第八章技术经济评价及成本核算101 8.1企业工作制度1018.2劳动定员、工资及劳动生产率1018.2.1劳动定员1018.2.2工资1028.2.3劳动生产率1028.2.4人员培训1038.3投资估算1038.4生产成本1048.4.1主要原材料、动力燃料价格确定1048.4.2单位产品制造成本和总成本费用1058.5销售收入、税金和利润1088.5.1 销售收入1088.5.2税金1088.6工程综合评价1098.6.1贷款偿还期1098.6.2投资回收期1108.6.3盈亏平衡点（REP）分析111第九章冶金环境保护112 9.1环境保护的重要性1129.2铝电解厂烟气中的污染物及其危害112 9.3铝电解的环境保护114结论118谢辞119参考文献120一座年产16万吨铝锭的铝电解车间毕业设计昆明理工大学冶金工程2004级高艳军摘要本设计是毕业设计，依据毕业任务书进行了一年产16万吨铝锭的铝电解车间的设计。
第一章铝电解计算机控制系统的设计一般的工业生产过程都是连续进行的，而相对办公室而言，铝电解的车间环境现场的条件相对恶劣得多，因此，工业过程控制计算机系统必定是具备实时控制功能的高可靠性系统，并且，作为控制系统的核心部件——工业控制机，理所当然地应能适应特殊应用场合的环境要求。
铝电解计算机上位机管理系统主要是完成对历史数据的管理、实时数据的采集、故障的处理、数据图表显示；实现实时查询、历史查询、故障查询、数据报表的打印以及对各槽的数据记录进行总体浏览，从而体现出管理软件真正的价值所在。
本次毕业设计采用结构化软件设计的方法，控制软件大体上可分为三个层次，主控模块、功能模块和子程序模图4-1控制软件功能框图块，（如上图4-1所示）为铝电解计算机控制系统控制软件功能框图。
由于铝电解过程控制比较复杂，再加上计算机控制系统所检测和控制的点很多，对控制的要求比较高。
所以在设计控制软件时采用结构化程序设计方法。
其原则是：自上而下，逐步细化，模块化，结构化编程。
软件设计从上层即主模块开始向下逐步细化，每层都由若干个模块组成，程序采用结构化编程。
第一层是主模块层，是控制程序的主体部分，它根据铝电解过程不同的工作状态调用相应字模块，是软件的核心部分。
第二层是子模块层，是程序的主体部分，主要完成各部分细化模块的调用或直接实现子模块功能。
其中主要包括故障处理模块，数据处理模块，屏幕显示模块，控制模块和打印模块。
第三层是细化子模块，在最低层，主要完成程序的具体功能。
在模块的划分中，将同性质的功能模块归类，每个功能构成一个模块使模块的“耦合程度”尽量小，“内聚程度”尽量大。
这样，在修改某一个模块是不涉及到其他模块，增强了模块的相对独立性。
铝电解控制软件采用Visual Basic 6.0—程序设计语言开发设计，整个软件设计采用结构化，模块化设计方法，如图4-2所示为主程序流程图。
图4-2主程序流程图由上图可知，主程序主要由5大功能模块组成，屏幕显示模块主要是实时显示电解槽工作电压，系列电流，故障信息以及系统的工作状态：数据处理模块包括模拟量数据采集，数字量数据采集和数字滤波。
智能控制技术在铝电解过程中的应用分析摘要：目前随着我国经济发展和技术的进步，铝电解生产中采用多个电解槽进行连接，消耗能源比较大，因此在铝业中进行节能降耗。
智能控制技术对铝电解生产的节能和降低能耗起到了很大的作用。
河南中孚铝业在实际生产中由于对精密数学模型过于依赖，使得控制算法变得更加理想化，导致控制输出量逐渐减少，执行结构比较简化，使得操作过程难以通过简单的铝电解知识和逻辑推理来解决问题。
本文通过对智能控制技术进行了分析，对铝电解智能控制的内容和方法进行研究，从而推动智能控制技术在铝电解过程中的应用。
关键词：智能控制技术；铝电解；应用分析引言针对当前技术创新的现状开展了不断的改造和技术创新，尤其关注于铝电解制造流程和工艺技术改变的效果，而铝电解槽又是复杂性和非线性的时变体系，因为传统性和单一化的控制方式，很难适应提高对铝电解控制的要求，但通过人工智能技术可为铝电解的加工技术创造全新的处理方式。
针对铝电解工艺技术的特点，把智能控制技术包括人工智能专家系统、模糊控制系统与人工神经网络的三大部分，经过对铝电解技术的深入分析与研究，达到了铝电解控制的全智能控制技术目标。
在铝电解技术中引入智能控制技术，建立全新的智能管理系统，这也将成为铝电解控制技术今后的发展重点。
一、智能控制技术的综述智能控制是一种基于智能的知识表达与逻辑推理的方法，它是一种具有边界性质的交叉学科。
第一，专家系统内容，该系统是一种智能化的电脑程序，它利用信息技术将知识与人类的经验结合在一起，通过计算机技术模拟人类的逻辑和判断，从而通过获得专业知识可以解决高难度对的问题。
第二，在不相容的原则下，模糊控制工作会导致复杂度提高，精确度逐渐下降，当精确度达到一定程度后，复杂性和精确度就会出现互相排斥的情况。
模糊可控制工作是以模糊集理论为起点，通过建立人与计算机之间的连接，可以把人们的模糊信息资料储存经验与知识转换为计算机所能接受的相应规则形式。
铝电解槽下料智能管控系统开发与应用发布时间：2022-08-12T01:05:42.233Z 来源：《科学与技术》2022年第30卷第3月第6期作者：李圆[导读] 目前，预焙铝电解槽采用中点下料法，电解生产中，由于电解质成分的变化，李圆包头铝业内蒙古华云新材料有限公司内蒙古自治区包头市014040摘要：目前，预焙铝电解槽采用中点下料法，电解生产中，由于电解质成分的变化，特别是锂钾含量增加，电解质一次初晶温度和槽温会降低。
此外，氧化铝性质的变化，主要是粒级分布，共同导致氧化铝溶解性降低。
若遇风压降低、气缸老化等的影响，易造成卡锤头、粘葫芦头、堵料等下料不良，致使电解槽效应多，炉体不规整，严重影响电解槽运行指标。
关键词：铝电解；下料；智能管控系统铝电解生产时，由于电解质成分及氧化铝性质波动、槽温变化等因素，氧化铝溶解性能下降，风压、气缸等外部条件变化导致卡锤头、粘葫芦头、堵料等，造成电解槽效应多，炉膛不规整，从而影响了电解槽运行指标。
基于此，本文详细分析了铝电解槽下料智能管控系统开发与应用。
一、电解槽简介电解槽由槽体、阳极、阴极组成，多数用隔膜将阳极室与阴极室隔开。
按电解液的不同分为水溶液电解槽、熔融盐电解槽、非水溶液电解槽。
当直流电通过电解槽时，在阳极与溶液界面处发生氧化反应，在阴极与溶液界面处发生还原反应，以制取所需产品。
对电解槽结构进行优化设计，合理选择电极和隔膜材料，是提高电流效率、降低槽电压、节省能耗的关键。
铝电解槽是炼铝的核心设备，其发展与进步代表了锅电解工艺技术的革新。
锅电解槽的结构先后经历了小型预焙槽、侧部导电自焙槽、上部导电自焙槽、大型不连续预焙及连续预焙槽、中间下料预焙槽几个发展阶段。
预焙阳极电解槽上部结构简单、轻便，具有单位容量投资低、易于实现机械化和自动化、能耗低及易于解决环保问题等优点，大型预焙槽的出现也标志着铝电解技术迈进了向大型化、现代化发展的新阶段。
与西方发达国家相比，我国电解铝工业起步晚、基础薄弱，处于相对落后地位。
电解铝生产过程控制系统的研究和应用发布时间：2021-04-16T14:07:28.240Z 来源：《科学与技术》2021年1月2期作者：窦志民[导读] 由于工业制铝的生产条件特殊,在工业制铝的过程中需要消耗大量的能窦志民内蒙古华云新材料有限责任公司内蒙古自治区包头市 014040摘要：由于工业制铝的生产条件特殊,在工业制铝的过程中需要消耗大量的能源,且造成一定的污染,要科学合理的控制生产的能耗,需要研发电解铝的自动化控制系统,提高生产的质量与效率.本文就我国电解铝生产过程中自动化控制系统的研发进行分析说明。
关键词：电解铝；生产过程；控制系统；研究应用一、系统架构在电解铝生产过程当中，对控制系统进行研究和应用有着十分重要的作用，因此，研究系统架构的现实意义十分重大。
电解铝生产过程当中的控制系统应该以安全运行生产为目的，在这样的基础上进行整体设计，从而令控制系统能够满足安全性、可靠性和实用性的要求，在电解铝生产的过程当中建立面向全局、开放式、分层分布的控制系统，从而能够有效地对电解与生产过程进行优化。
电解铝生产过程当中控制系统的收集等系统信息应该实行信息共享，对生产信息和设备状态也应该进行数据分析处理；如果出现了一些安全问题，那么要有安全保障机制来兜底；另外，在生产过程当中可能会出现能源消耗的现象，那么采取有效的措施减少能源消耗的现象有着十分重要的意义，能够令能源指标合理优化，所以在电解铝生产过程当中，针对控制系统的系统架构进行研究，有利于令设备管理水平得到提升，达到安全运行生产的目的。
二、系统功能及软件设计电解铝生产过程控制系统应该按照四大功能体系来进行设计规划，这四大功能体系分别是生产运行自动化、设备状态监测与全寿命管理、生产安全保障、能耗与节能管理。
生产运行自动化是指在电解铝生产过程当中对所需要的一系列设备和信息都进行生产运行的全面监控。
设备状态监测与全寿命管理，指的是在综合自动化系统平台上，将设备状态监测功能与设备全寿命管理等高级的应用进行融合，从而令设备管理功能得到提升，不断促进系统管理能力的提高，令设备的全寿命管理得到理论方面的知识和实践方面的基础。
1.5 课题来源及意义本课题来源于中国矿业大学信电学院承接的“兖矿科澳铝业有限公司306kA 预焙阳极电解槽工艺技术参数优化及控制技术的研究”项目。
兖矿科澳铝业有限公司采用的是具有国际先进水平的GY—30型（306KA）大容量、高效能中间点式下料预焙阳极电解槽及其配套技术，年产14万吨普通重熔铝锭，并引入贵州铝厂大型预焙阳极电解槽单机控制经验及测试技术，为本课题的研究奠定了坚实的基础。
通过上面的介绍可以看到，目前在电解铝的生产过程中还存在着一系列的问题，大致分为三个方面：(1)电解铝生产的原材料问题；(2)电解铝生产的硬件问题；(3)电解铝生产的过程控制问题。
第一个问题的解决受环境和自然资源有限性的约束，因此很难从根本上解决这个问题；电解生产过程使用良好的硬件环境可以减少热量的损失，节约电能，但是开发硬件的投资费用很高，通常开发费用超过收益；电解生产过程如果采用先进精确的控制方法，不仅可以减少氧化铝的用量，降低槽温，降低分子比，而且还可以减少阳极效应的发生，这样就可以大大节约电能，而且控制系统开发费用相对较低，通常收益较大。
因此本文就针对电解铝控制系统做一系列的改进，来降低电解铝的生产成本。
电解铝生产过程控制主要包括下面六个部分：①氧化铝浓度控制；②电解质温度、分子比控制；③极距控制；④阳极效应的预报和控制；⑤日常作业控制（包括出铝、换极、升降阳极、边部加工等）；⑥异常槽况的判断及处理。
本文主要针对氧化铝浓度控制来展开深入研究。
1.6论文的主要研究内容本文运用单神经元自适应PID控制、智能特征模型、神经网络、系统辨识等理论，针对电解铝这类具有多变量、非线性、不确定性、大滞后、时变等特征的复杂被控对象，重点提出了铝电解生产过程中氧化铝浓度控制系统的设计方案，具体工作安排如下：第一章：首先对铝工业生产进行了简单介绍，综述了电解铝生产过程发展的历史和现状,而且介绍了目前电解铝生产过程存在的种种问题，并阐述了本课题的来源及意义。
第二章：对电解铝过程的动力学特性进行了详细的分析，提出了电解铝过程控制的几个主要任务，并对氧化铝浓度控制系统做了较为详细的介绍，为后面氧化铝浓度控制系统的设计奠定了基础。
第三章：简要介绍了本文所用到的智能控制理论，主要包括单神经元自适应PID控制、智能特征模型，BP神经网络和系统辨识的最小二乘法等理论，为氧化铝浓度控制系统的设计提供了充分的理论准备。
第四章：建立了基于BP神经网络的氧化铝浓度的软测量模型，并对建立的软测量模型进行了验证。
第五章：分析槽电阻与氧化铝浓度之间的关系, 建立了氧化铝浓度的智能特征模型，模型包括用BP神经网络建立了槽电阻与氧化铝浓度的测量特征模型，氧化铝浓度的控制特征模型。
并据此智能特征模型设计了氧化铝浓度控制系统。
在精确控制器设计部分进行了精确控制器子系统的稳定性分析和控制器鲁棒性仿真实验。
第六章：提出了基于LonWorks现场总线技术的控制系统的硬件实现，对精确控制器子系统进行了智能节点的详细设计，并设计了控制网络的结构，叙述了网络安装的步骤。
第七章：对本论文所完成的工作做了一个详细的总结。
1.7 本章小结本章首先对铝工业生产进行了简单介绍,并且回顾了铝电解工业的历史和现状，接着回顾了电解铝控制系统的历史和现状，然后提出本课题的来源及研究意义，最后简要介绍了论文研究的主要内容。
第三章电解铝过程智能控制的理论基础对于电解铝这样复杂的控制系统，由于难以建立精确的数学模型，因此古典控制理论和现代控制理论不能对其实现有效的控制了。
在本文，引入智能控制，因为智能控制不需要精确的数学模型，因此很适合电解铝这样一类难以建模的被控对象。
下面来介绍智能控制的一些具体方法。
3.1 智能特征模型理论基础自动控制发展主要有两个方向：一个方向是寻找精度高的建模方法，建立复杂被控对象的精确数学模型，然后采用经典控制理论或现代控制理论的控制方法来对系统进行较为精确的控制。
由于一些复杂的工业生产过程存在非线性、大滞后、强耦合、时变等特性，使得对其建立精确的数学模型几乎是不可能的。
因此就出现了自动控制发展的另一个方向：寻找对模型精度要求较低的控制方法，即现在的智能控制，这类控制几乎不依靠对象的数学模型，控制方法本身具有很强的学习能力和鲁棒性，但是由于这类方法多数要靠现场试凑来设计控制器，在工业生产中，有些生产过程是不允许现场试凑的。
因此这种智能控制在复杂工业生产过程中的广泛应用也受到了限制。
因此，在本文采用了一种基于智能特征模型的智能控制方法。
该方法的基本思想是利用智能技术，根据对象特征和控制要求相结合的原则，建立被控对象的特征模型，以此特征模型为依据，提出一套智能控制器设计的新方法。
所谓特征模型，就是结合被控对象动力学特征、环境特征和控制性能要求，建立一个利于控制器设计的简单而实用的模型。
这个模型有别于基于对象精确动力学分析的模型和一般的降阶模型。
特征模型的特点如下:(1)在同样的输入控制作用下，对象特征模型与实际对象在输出上是等价的(即在动态过程中能保持在允许的输出误差内)，在稳定情况下，输出是相等的。
(2)特征模型的形式和阶次除考虑对象特性外，主要取决于控制性能要求。
(3)特征模型建立的形式应比原动力学方程简单，工程实现容易、方便。
(4)特征模型与高阶系统的降阶模型不同，它是把高阶模型的有关信息压缩到几个特征参量之中，并不丢失信息，一般情况下特征模型用慢时变差分方程描述。
所谓智能特征模型，就是根据人工智能技术，利用群体专家经验得到的定性知识及各种信息与其他知识相结合的“智能”方法来建立被控对象的特征模型，是一系列子特征模型的集合或集成。
经综合分析和推理决策获得作为控制器设计依据的输入输出对应关系，并能在线不断修正的特征模型，是定性与定量、模糊与精确相结合的综合模型。
下面按照输出变量可测与不可测两种情形，介绍智能特征模型的建模原理和表达形式。
(1) 输出变量可测情形为说明智能特征模型的建模原理，先研究一个多输入/单输出的复杂系统： w u u u x x x x x x x i x x y y y f y m k p k k j l j j h i i n +=∙∙∙∙∙∙),...,,,...,,,...,,,...1,,,...,()(3)(332)(22)(11)( (3-1) 式(3-1)中，y 为要求控制的输出变量，)(,...n y y ∙为y 的各阶导数，u 为主要输入控制自变量，)(,...m u u ∙为u 的各阶导数，i x 1为可测可控自变量(1,...,1c i =), j x 2为可测不可控自变量(2,...,1c j =)，k x 3为不可测不可控自变量(3,...,1c k =)，w 为不可测不可控的随机干扰。
对于这个系统可作如下假设：1) 当0=t 时，全部变量为0，系统满足 0)0()0,...,0()0(=+=∙w f y ；2) 当全部变量为恒值，变量导数为0时，输出C y =∞)(为常值。
但对于多输入非线性系统，随初始值不同，可能有多个平衡点，即同一个控制量可能有几个不同的输出，反之，不同控制量也可能有相同的输出；3) 这是一个能量耗散系统，在运行过程中，所有自变量与干扰量有界；4) 控制u 有界，有克服不可控变量对输出影响的能力。
对满足上述假设的被控对象，其智能特征模型由下面5部分组成：(1) 在工作点附近的定量特征模型；(2) 判断不同工作区域及系统特性的定性判别和逻辑推理模型；(3) 靠数据或曲线拟合的模型；(4) 专家经验的定性估计模型； (5) 综合模型。
现分述如下：(1) 在工作点附近的定量特征模型——低阶时变差分方程描述的特征模型。
对于一个多输入/单输出非线性复杂对象，为实现恒值或位置跟踪控制，总可在工作点附近，建立如下由低阶时变差分方程描述的特征模型或输入输出之间的特征变量模型：主控量特征模型：考虑随机干扰)()2()()1()()2()()1()()(11021k k u k g k u k g k y k f k y k f k y ∆+-+-+-+-= (3-2)不考虑随机干扰)2()()1()()2()()1()()(1021-+-+-+-=k u k g k u k g k y k f k y k f k y (3-3)一阶情形)()1()()1()()(1'01k k u k g k y k f k y ∆+-+-= (3-4)可控输入变量模型：)()2()()1()()2()()1()()(11111012111k k x k g k x k g k y k f k y k f k y i i i i i i i ∆+-+-+-+-=(3-5)一阶情形)()1()()1()()(1'10111k k x k g k y k f k y i i i i ∆+-+-= (3-6)(2) 定性判断主控量特征模型方程在不同工作区域和系统特性的定性逻辑模型。
一个多输入非线性复杂系统，设有两种性质的两个平衡点，仅靠闭环控制很难从一个稳定工作点进入另一个稳定工作点。
为保证运行在希望的工作区，必须有一套工作区的判别模型。
即：],[)](),([ur yr k u k y ΩΩ∈ (3-7)其中，yr Ω和ur Ω为各变量的取值范围。
具体逻辑判断表达式为：若希望工作区及运行特性为：⎪⎩⎪⎨⎧↓↑Ω∈Ω∈.)(,)(,)(,)(k y k u k y k u r r yr r ur r 则 其中r u 和r y 为希望值且同号，yr Ω和ur Ω为希望值的允许范围，则可用下列两种方法判断：①用输入输出状态变化判断⎪⎩⎪⎨⎧↓↑Ω∈Ω∈，总体趋势且)()(,)()(,)(k y k u k u k y IF ur yr THEN YES ； (3-8) ②用特征模型参数性质判断⎩⎨⎧<+<->+Ω∈Ω∈，且0)()(,1)()()(,)(10121k g k g m k f k f k u k y IF ur yr THEN YES ； (3-9) 其中，1m 为有界正数 。
若希望工作区及运行特性为：⎪⎩⎪⎨⎧↑↑Ω∈Ω∈.)(,)(,)(,)(k y k u k y k u r r yr r ur r 则 其中r u 和r y 为希望值且同号，yr Ω和ur Ω为希望值的允许范围，则同样可用下列两种方法判断：① 用输入输出状态变化判断⎪⎩⎪⎨⎧↑↑Ω∈Ω∈，总体趋势且)()(,)()(,)(k y k u k u k y IF ur yr THEN YES ； (3-10) ② 用特征模型参数性质判断⎩⎨⎧∞<<+<<+<Ω∈Ω∈，且21021)()(0,1)()(0)(,)(m k g k g k f k f k u k y IF ur yr THEN YES ； (3-11) (3) 靠系统实验数据或曲线拟合模型抓住数据表中的关键点数据和特性，建立静态或动态估计模型：静态形式：ε+=),(u x f y h ； (3-12a) 动态形式：ε+=∙),(u x f y h ； (3-12b)(4) 利用专家经验知识模型进行输出定性估计∧∧y专家经验模型是根据物理机理和专家群体经验建立的对输入u 与输出y 定性估计∧∧y 模型。
