[发明专利]高效铝电解生产智能控制系统

权利要求书

1.一种铝电解生产控制系统，其特征在于，包括：

zigbee协调器和若干数据采集节点；其中

所述数据采集节点适于采集电解质温度数据和铝水平数据，并通过zigbee协调器发送至一服务器；

所述服务器对采集到的电解质温度数据和铝水平数据使用线性回归正规方程求解铝电解生产工艺参数，即

θ＝(X^TX)^-1X^Ty；

其中：矩阵X＝(X⁽¹⁾，X⁽²⁾，X⁽³⁾，X⁽⁴⁾)；X⁽¹⁾为电解质温度；X⁽²⁾为铝水平；X⁽³⁾为电解质中过剩的AlF3量；X⁽⁴⁾为槽龄；y为电流效率目标向量；θ为线性回归系数向量，且θ＝(θ⁽¹⁾，θ⁽²⁾，θ⁽³⁾，θ⁽⁴⁾)；

求解经验公式与线性回归参数的最佳组合比例系数，即目标函数L为：

其中：C₁为线性回归组合比例系数；C₂为伯奇-格洛泰姆方程组合比例系数；C₃为实际经验公式组合比例系数；i表示第i个样本；N为总样本数；

再使用梯度下降法求解C(C₁，C₂，C₃)，即

其中：α为步长；

当L(C)最小，即趋近0时，迭代所得的C^*(C₁^*，C₂^*，C₃^*)为最优解；

根据迭代所得的C^*得到线性回归组合比例归一化系数a₁、伯奇-格洛泰姆方程组合比例归一化系数a₂和实际经验公式组合比例归一化系数a₃，即

根据a₁、a₂和a₃得到当前电流效率y_s与当前相关工艺参数的关系为：

y_s＝a₁X_sθ+a₂(-0.1388X_s⁽¹⁾+0.59X_s⁽³⁾+58.9sin(3X_s⁽²⁾-0.032X_s⁽⁴⁾+163.7)+a₃(-0.051X_s⁽⁴⁾+90.8)---公式(1)；

其中：X_s为当前工艺参数向量，X_s⁽¹⁾为当前电解质温度；X_s⁽²⁾为当前铝水平；X_s⁽³⁾为当前电解质中过剩的AlF3量；X_s⁽⁴⁾为槽龄；

遍历电解质温度t和铝水平h的可能取值，得到电流效率y为极大值的M组值及相应的电解质温度t和铝水平h，即

将电解质温度从t1增加到t2，每次增加Δt，且当电解质温度每到一个新的值后，保持电解质温度不变；

然后将铝水平从h1增加到h2，每次增加Δh；

将每次增加后的电解质温度与铝水平代入公式(1)中，得到多个电流效率值，从而得到电流效率为极大值的M组值及相应的电解质温度t和铝水平h；以及

从M组值中选取最适合的生产工艺参数；

其中：M为大于1的整数；

从M组值中选取对应生产工艺参数比较容易控制的电流效率极大值，即

将当前电流效率y_s的计算公式改写为以t，h为函数自变量，则

y_s＝f(t，h)＝a₁(θ⁽¹⁾_t+θ⁽²⁾_h+θ⁽³⁾X_s⁽³⁾+θ⁽⁴⁾X_s⁽⁴⁾)+a₂(-0.1388t+58.9sin(3h)-059X_s⁽³⁾-0.032X_s⁽⁴⁾+163.7)+a₃(-0.051X_s⁽⁴⁾+90.8)---公式(2)；

根据公式(2)，以及采用有限差分法计算距各个极大值点(Δt，Δh)的四个点的梯度分别为：

则令第M组极值点周边的梯度模均值D_M为：

则

其中：y_sM为第M组电流效率；

根据P_M的值设定最适合的生产工艺参数，即

P_M越大，表明电流效率极大时，其变化也相对较平缓，则M组值中对应P_M最大的值为最适合的生产工艺参数。