[發明專利]一種鋁電解槽單個陽極數學模型的確定方法

有效

• 申請號: 201610227589.8
• 申請日: 2016-04-13
• 公開（公告）號: CN105671596B
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 尹怡欣;崔家瑞;王粉花;王家齊
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C25C3/20
• 分類號: C25C3/20
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種鋁電解槽單個陽極數學模型的確定方法，其特征在于，包括：

采集鋁電解槽單個陽極導桿的頻率特性數據；

對采集的所述鋁電解槽單個陽極導桿的頻率特性數據進行預處理；

依據預處理后的所述鋁電解槽單個陽極導桿的頻率特性數據，辨識鋁電解槽單個陽極數學模型的系數，其中，所述數學模型為傳遞函數；其中，所述采集鋁電解槽單個陽極導桿的頻率特性數據包括：

利用頻率特性數據采集系統采集鋁電解槽單個陽極導桿的頻率特性數據；

其中，所述頻率特性數據采集系統包括：信號發生器、示波器、工控機、鋁電解槽、位于電路板上的可調電阻及隔直電容；

所述信號發生器依次與所述可調電阻、鋁電解槽及隔直電容連接形成第一串聯電路；所述信號發生器依次與所述工控機、示波器、可調電阻連接形成第二串聯電路；

其中，所述鋁電解槽包括：鋁電解槽本體、與所述鋁電解槽本體相連的預定根數的陽極導桿，及與所述鋁電解槽本體相連且與所述陽極導桿一一對應的陰極鋼棒；

其中，所述可調電阻與所述鋁電解槽的一陽極導桿相連；

所述隔直電容與所述一陽極導桿所對應的陰極鋼棒相連；

其中，所述利用頻率特性數據采集系統采集鋁電解槽單個陽極導桿的頻率特性數據包括：

通過所述工控機控制所述信號發生器依次產生不同頻率的正弦信號作為所述頻率特性數據采集系統的輸入信號；

通過所述工控機控制所述示波器測量所述可調電阻兩端的正弦信號，并將測量的所述可調電阻兩端的正弦信號傳回所述工控機；

根據傳回所述工控機的所述可調電阻兩端的正弦信號，得到鋁電解槽單個陽極導桿的頻率特性數據；

其中，所述對采集的所述鋁電解槽單個陽極導桿的頻率特性數據進行預處理，包括：

對每一個頻率下采集的傳回所述工控機的所述可調電阻兩端的正弦信號進行小波閾值去噪處理；

采用阻尼最小二乘法對去噪處理后輸出的每一個頻率下的所述可調電阻兩端的正弦信號進行擬合，得到擬合后的所述可調電阻兩端的正弦信號的幅值及相位信息；

其中，所述對每一個頻率下采集的傳回所述工控機的所述可調電阻兩端的正弦信號進行小波閾值去噪處理包括：

采用均值濾波的方法對讀取每一個頻率下采集的傳回所述工控機的所述可調電阻兩端的正弦信號進行平滑處理；

利用小波基對平滑處理后的輸出信號進行三層分解，并對每層的細節系數進行閾值去噪與重構；

其中，利用小波基對平滑處理后的輸出信號進行三層分解，并對每層的細節系數進行閾值去噪與重構包括：

利用預定的第一基函數將信號做一層小波分解，分解成低頻信號近似系數與細節系數；

將分解得到的近似系數利用預定的第二基函數做小波分解，得到第二層的近似系數與細節系數；

將第二層的近似系數進行小波分解，得到信號的近似系數以及分解過程中每層的細節系數；

采用無偏似然估計閾值函數對每層的細節系數進行閾值去噪與重構；

其中，所述依據預處理后的所述鋁電解槽單個陽極導桿的頻率特性數據，辨識鋁電解槽單個陽極數學模型的系數包括：

依據預處理后的所述鋁電解槽單個陽極導桿的頻率特性數據，利用列維法根據修正的誤差準則，采用求極值的方法得到鋁電解槽單個陽極傳遞函數的系數；

其中，所述利用列維法根據修正的誤差準則，采用求極值的方法得到鋁電解槽單個陽極傳遞函數的系數之后，包括：

利用粒子群優化算法對所述傳遞函數的系數進行優化；

所述利用粒子群優化算法對所述傳遞函數的系數進行優化包括：

根據列維法得到的所述傳遞函數的系數對粒子的位置和速度信息進行初始化，并依據預定的尋優公式迭代更新每個粒子的位置、速度信息，同時根據預定的粒子適應度函數獲取每個粒子的適應度值，根據每個粒子的適應度值記錄每個粒子的在迭代過程中的最優位置，以及在當前次迭代中全體粒子的最優位置；其中，所述尋優公式表示為：

式中，i為粒子的編號；v_i表示i粒子的速度；x_i表示i粒子的位置；c₁、c₂為加速因子，設置c₁＝c₂＝2；r₁、r₂為[0，1]內隨機分布的數；t為迭代次數；Pbest_i表示i粒子在迭代過程中的最優位置；Gbest表示當前次迭代全體粒子的最優位置；ω為慣性權重，其中，ω表示為：

式中，ω_max，ω_min分別為慣性權重的最大值與最小值；t_max表示總的迭代次數；

判斷當前次迭代是否滿足預設的精度條件，若是，獲取粒子適應度值最高的粒子所對應位置信息作為所述傳遞函數系數的最優解；

其中，所述粒子適應度函數為鋁電解槽單個陽極傳遞函數增益的預測值與測量值的絕對誤差和的倒數；

其中，所述對采集的所述鋁電解槽單個陽極導桿的頻率特性數據進行預處理之前，還包括：

依據采集的鋁電解槽單個陽極導桿的所述頻率特性數據，繪制所述頻率特性數據對應的幅頻特性曲線；

依據繪制的所述幅頻特性曲線，獲取鋁電解槽單個陽極傳遞函數的分子和分母各自對應的階數。