基于槽况分类的铝电解电流效率软测量建模研究

摘要

电流效率是铝电解生产过程最重要的经济技术指标，提高电流效率不仅可以降低能耗，还可以提高电解槽的产铝量。对电流效率进行实时监测，可以为现场工人提供操作决策依据。由于铝电解的电流效率难以用仪表进行精确测量，因此研究利用软测量技术来解决这一问题是必然选择。由于铝电解存在不同的槽况，利用单模型对电流效率进行测量会增加模型复杂度、信息丢失。针对这一问题，本文提出了利用多支持向量机模型来解决铝电解电流效率软测量建模问题。
　　本文研究的工作主要包括:
　　首先，综述了铝电解工艺参数测量的研究现状，针对电流效率测量存在的问题，提出用支持向量机的方法建立在线软测量模型;分析了槽电压、电解质温度、分子比等工艺参数和槽况对电流效率的影响，并采集这些参数的检测数据进行预处理，选择这些参数作为软测量模型的辅助输入变量。
　　然后，采用数据挖掘技术中的聚类算法对样本数据进行分类，根据铝电解槽数据的特点，选择模糊C-均值聚类算法对其聚类。由于FCM算法容易陷入局部最优解，为了解决这一问题，本文提出了一种改进的模糊C-均值聚类算法，将欧几里得距离公式重新定义，通过改变平滑参数的大小来调整聚类效果。仿真结果表明，改进的FCM算法使数据样本划分更加合理。
　　最后，对聚类后的各子类样本数据分别建立支持向量机子模型，使每个子模型包含不同的槽况信息。当输入一个数据时，分别计算各类子模型的电流效率值，再利用模糊隶属度进行加权融合得到铝电解电流效率的测量值。通常情况下，样本点所在槽况的子模型权重值比较大，其他子模型的权重值较小。仿真结果表明，本文所提出的多支持向量机软测量模型能够更加准确、快速地估计电流效率值，大大提高了测量精度。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 铝电解参数软测量模型研究现状

1．2．2 预焙铝电解电流效率研究现状

1．2．3 支持向量机在软测量技术中的应用研究现状

1．3 本文的主要研究工作及内容安排

2 铝电解工艺原理分析及电流效率建模设计思想

2．1 预焙铝电解槽结构及工作原理

2．1．1 预焙铝电解槽结构

2．1．2 预焙铝电解槽工作原理

2．2 铝电解槽电流效率

2．2．1 电流效率的定义

2．2．2 电流效率对铝电解生产过程的影响分析

2．2．3 电流效率的损失机理分析

2．2．4 工艺参数和槽况对电流效率的影响分析

2．3 铝电解的数据特点及槽况分类依据

2．3．1 铝电解槽的数据特点

2．3．2 铝电解槽况分类依据

2．4 电流效率建模总体设计思想

2．5 本章小结

3 基于模糊聚类的槽况分类研究

3．1 聚类分析工作原理

3．1．1 聚类算法的原理分析

3．1．2 模糊聚类的原理分析

3．2 基于目标函数的模糊C-均值聚类算法(FCM)

3．2．1 FCM算法的原理分析

3．2．2 改进FCM算法

3．3 NCFCM算法对铝电解槽况分类的应用

3．3．1 实验数据采集及预处理

3．3．2 NCFCM参数选择

3．3．3 仿真结果与分析

3．4 本章小结

4 基于槽况分类的铝电解电流效率软测量建模

4．1 电流效率软测量模型的设计思想

4．2 支持向量机建模原理分析

4．3 多支持向量机子模型融合方法研究

4．4 铝电解电流效率软测量模型的建立

4．4．1 输入输出变量的选取与采集方法研究

4．4．2 电流效率支持向量机子模型的建立

4．4．3 核函数仿真对比研究

4．5 仿真结果与分析

4．6 本章小结

5 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的主要研究成果

致谢