基于槽况分类的铝电解电流效率预测研究

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铝电解生产过程是一个时变、非线性、大时滞的复杂工业过程,电解槽工作在多相(固相、液相、气相)、多场(热场、磁场)的复杂环境中,电解槽参数众多,参数之间存在强耦合性,且大部分参数均不可实时检测,导致铝电解过程控制困难。  电流效率是铝电解过程中最重要的经济指标参数,提高电流效率可以提高铝产量,同时可以降低能耗。对电流效率进行实时监测,可以为电解工提供决策依据。由于在生产现场电流效率不能够实时监测,采用软测量技术可以实现电流效率的精确预测,用于指导现场生产。针对电解槽在不同槽况下工艺参数特征不一致的问题,本文提出了基于槽况分类的多支持向量机电流效率预测模型,对电流效率实时预测。  本文的主要工作包括:  1.阅读大量文献,学习铝电解生产过程工艺知识,介绍铝电解过程的工艺特点,介绍了当前软测量技术和铝电解参数软测量手段的研究现状。  2.阐述了铝电解过程基础工艺,综述铝电解工艺参数测量的研究现状,根据专家经验分析电解槽各参数对电流效率的影响,初步选定模型的输入输出变量,对铝电解生产历史数据进行预处理,主要包括异常值剔除、数据缺失值补足、归一化处理和相关性分析,建立数据库,用于建模分析。  3.分析了不同槽况下的电解槽工艺参数表现特征,根据铝电解槽数据的特点,采用模糊-C均值聚类算法进行聚类分析,得到三种不同槽况并与专家经验分类结果进行比较,据有较高的分类准确率,可用于分类预测。  4.分别建立基于 BP神经网络和遗传算法优化的 BP神经网络的电流效率预测模型,对模型预测结果进行分析,结果表明经过遗传算法优化的BP神经网络具有较高的命中率,降低的误差,实用性更高。  5.建立基于槽况分类的多支持向量机的电流效率预测模型,首先对聚类后的每个子类建立支持向量机子模型,然后利用模糊隶属度加权法对子模型进行加权融合。在预测时,首先使用模糊 C-均值聚类将待测试样本分类,并计算该样本对每一类的模糊隶属度,然后使用三个子预测模型将该样本作为输入做预测,最后利用模糊隶属度加权法将三个子预测模型的输出加权融合,得到最终预测结果。仿真结果表明,基于槽况分类的电流效率预测模型具有更高的命中率,较短的运算时间,较小的误差,解决了单一模型的预测精度低、泛化能力差的问题,可以用于指导现场生产。  本文最后部分对研究工作进行总结分析,指出了欠缺之处,并对未来研究工作做了进一步展望。
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