大型预焙铝电解槽槽电压波动特征提取

摘要

大型预焙铝电解槽的稳定性研究是铝电解生产中的热点课题，从铝电解槽可在线检测量入手诊断其运行状况，进行相应的操作是提高其稳定性的重要措施。 槽电压是铝电解槽中一个能够在线检测的参数，其波动信号中包含大量的与电解槽运行相关的信息。从槽电压波动中提取特征，是建立相应的槽况诊断系统的重要基础。 本论文以320kA系列预焙铝电解槽为研究对象，大量采集了典型故障槽的槽电压波动信号，利用小波除噪技术对其进行了预处理，然后分别利用功率谱估计算法以及小波包分解技术对槽电压波动信号进行了分析，得到以下重要结论： （1）利用小波除噪技术对电压波动信号进行除噪不但能够保留原始信号中的重要信息，而且能够很好的剔除噪声，使信号变得平滑，不同的槽电压波动信号有不同的最优基小波。 （2）基于非参数法的功率谱估计分辨率很差，不能很好的提取槽电压波动信号的特征，而基于参数法的功率谱估计的分辨率大大的提高，能够很好的提取某些槽况下槽电压波动的特征，而且得到的结果物理意义明确；但是对于平稳性很差，突变信息多的信号，参数法不能很好的提取特征。虽然子空间法比参数法分辨率更高，但是其算法过于复杂，不适宜在工程实际中应用。 （3）对槽电压波动信号进行一至三层小波包分解，发现三层小波包分解能够很好的提取槽电压波动的能量特征向量，而且由于向量维数较高，抗干扰能力强。对三层小波包分解进行了优化，发现不同的信号有不同的最优小波包分解树。 （4）对功率谱分析和小波分析两种算法进行比较，发现两种算法相辅相成，各有优缺点。频谱分析算法较简单，耗时少，得到的结果物理意义明确，但小波分析处理平稳性差、突变信息多的信号要优于频谱分析，结合两种算法能够很好的提取槽电压波动的特征。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 铝电解槽及其电压波动

1.1.1铝电解过程

1.1.2电解槽重要参数的测量

1.1.3国内外铝电解槽槽电压波动的研究现状

1.2频谱分析与小波分析的理论基础

1.2.1 FFT算法和频谱分析概述

1.2.2小波变换的基础理论

1.3随机过程信号的描述

1.3.1随机过程信号的频谱描述

1.3.2广义正交展开

1.3.3随机过程信号的小波描述

1.4本论文的研究意义与研究内容

第二章槽电压波动的原因分析与数据采集

2.1槽电压波动信号的构成

2.2铝电解槽槽电压波动的原因分析

2.3槽电压波动的数据采集

2.4本章小结

第三章槽电压波动信号的除噪研究

3.1基于小波变换的信号除噪研究

3.1.1小波除噪的基本原理

3.1.2小波除噪的方法

3.1.3小波除噪性能的评价

3.2特征槽况下槽电压波动信号的除噪

3.2.1最优基小波和分解层数的确定

3.2.2阈值函数与阈值的选取

3.2.3小波除噪结果

3.3本章小结

第四章基于功率谱估计的槽电压波动特征提取

4.1基于非参数法的槽电压波动的功率谱分析

4.1.1周期图法

4.1.2 Welch法

4.2基于参数法的槽电压波动的功率谱分析

4.2.1基于Yule-Walker AR法的槽电压波动的频谱分析

4.2.2基于Burg法的槽电压波动的功率谱分析

4.3基于子空间法的槽电压波动的功率谱分析

4.4本章小结

第五章基于小波包分解的槽电压波动特征提取

5.1小波包分解算法

5.2基于小波包分解的槽电压波动特征提取

5.3基于小波包的槽电压波动信号特征提取结果

5.3.1一层小波包分解的结果

5.3.2两层小波包分解的结果

5.3.3三层小波包分解的结果

5.3.4三层小波包分解的优化

5.4频谱分析与小波包分析的比较

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文