[发明专利]一种铝电解槽单个阳极数学模型的确定方法

摘要

本发明提供一种铝电解槽单个阳极数学模型的确定方法，能够提高铝电解生产的动化控制水平。所述方法包括：采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据；对采集的所述铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据进行预处理；依据预处理后的所述铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据，辨识铝电解槽单个阳极数学模型的系数，其中，所述数学模型为传递函数。本发明适用于铝电解阳极建模技术领域。

主权项

1.一种铝电解槽单个阳极数学模型的确定方法，其特征在于，包括：采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据；对采集的所述铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据进行预处理；依据预处理后的所述铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据，辨识铝电解槽单个阳极数学模型的系数，其中，所述数学模型为传递函数；其中，所述采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据包括：利用频率特性数据采集系统采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据；其中，所述频率特性数据采集系统包括：信号发生器、示波器、工控机、铝电解槽、位于电路板上的可调电阻及隔直电容；所述信号发生器依次与所述可调电阻、铝电解槽及隔直电容连接形成第一串联电路；所述信号发生器依次与所述工控机、示波器、可调电阻连接形成第二串联电路；其中，所述铝电解槽包括：铝电解槽本体、与所述铝电解槽本体相连的预定根数的阳极导杆，及与所述铝电解槽本体相连且与所述阳极导杆一一对应的阴极钢棒；其中，所述可调电阻与所述铝电解槽的一阳极导杆相连；所述隔直电容与所述一阳极导杆所对应的阴极钢棒相连；其中，所述利用频率特性数据采集系统采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据包括：通过所述工控机控制所述信号发生器依次产生不同频率的正弦信号作为所述频率特性数据采集系统的输入信号；通过所述工控机控制所述示波器测量所述可调电阻两端的正弦信号，并将测量的所述可调电阻两端的正弦信号传回所述工控机；根据传回所述工控机的所述可调电阻两端的正弦信号，得到铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据；其中，所述对采集的所述铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据进行预处理，包括：对每一个频率下采集的传回所述工控机的所述可调电阻两端的正弦信号进行小波阈值去噪处理；采用阻尼最小二乘法对去噪处理后输出的每一个频率下的所述可调电阻两端的正弦信号进行拟合，得到拟合后的所述可调电阻两端的正弦信号的幅值及相位信息；其中，所述对每一个频率下采集的传回所述工控机的所述可调电阻两端的正弦信号进行小波阈值去噪处理包括：采用均值滤波的方法对读取每一个频率下采集的传回所述工控机的所述可调电阻两端的正弦信号进行平滑处理；利用小波基对平滑处理后的输出信号进行三层分解，并对每层的细节系数进行阈值去噪与重构；其中，利用小波基对平滑处理后的输出信号进行三层分解，并对每层的细节系数进行阈值去噪与重构包括：利用预定的第一基函数将信号做一层小波分解，分解成低频信号近似系数与细节系数；将分解得到的近似系数利用预定的第二基函数做小波分解，得到第二层的近似系数与细节系数；将第二层的近似系数进行小波分解，得到信号的近似系数以及分解过程中每层的细节系数；采用无偏似然估计阈值函数对每层的细节系数进行阈值去噪与重构；其中，所述依据预处理后的所述铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据，辨识铝电解槽单个阳极数学模型的系数包括：依据预处理后的所述铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据，利用列维法根据修正的误差准则，采用求极值的方法得到铝电解槽单个阳极传递函数的系数；其中，所述利用列维法根据修正的误差准则，采用求极值的方法得到铝电解槽单个阳极传递函数的系数之后，包括：利用粒子群优化算法对所述传递函数的系数进行优化；所述利用粒子群优化算法对所述传递函数的系数进行优化包括：根据列维法得到的所述传递函数的系数对粒子的位置和速度信息进行初始化，并依据预定的寻优公式迭代更新每个粒子的位置、速度信息，同时根据预定的粒子适应度函数获取每个粒子的适应度值，根据每个粒子的适应度值记录每个粒子的在迭代过程中的最优位置，以及在当前次迭代中全体粒子的最优位置；其中，所述寻优公式表示为：式中，i为粒子的编号；vi表示i粒子的速度；xi表示i粒子的位置；c1、c2为加速因子，设置c1＝c2＝2；r1、r2为[0，1]内随机分布的数；t为迭代次数；Pbesti表示i粒子在迭代过程中的最优位置；Gbest表示当前次迭代全体粒子的最优位置；ω为惯性权重，其中，ω表示为：式中，ωmax，ωmin分别为惯性权重的最大值与最小值；tmax表示总的迭代次数；判断当前次迭代是否满足预设的精度条件，若是，获取粒子适应度值最高的粒子所对应位置信息作为所述传递函数系数的最优解；其中，所述粒子适应度函数为铝电解槽单个阳极传递函数增益的预测值与测量值的绝对误差和的倒数；其中，所述对采集的所述铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据进行预处理之前，还包括：依据采集的铝电解槽单个阳极导杆的所述频率特性数据，绘制所述频率特性数据对应的幅频特性曲线；依据绘制的所述幅频特性曲线，获取铝电解槽单个阳极传递函数的分子和分母各自对应的阶数。