我国铝电解产业已形成全球最大的生产和消费规模。目前,我国电解铝产能过剩,企业亏损,作为高能耗工业,降低电力资源的成本是市场竞争的关键。东北大学直流负载半实物仿真及负荷检测与综合控制装置以工业铝电解槽为背景,由“负荷监测与综合控制单元”(综合控制柜)和“直流负载半实物仿真平台”(微型电解槽)两部分组成,为在实验室中对铝电解过程进行研究、建模、仿真、监控提供了可能。本文首先对铝电解过程的工艺、控制进行调研和文献检索,对铝电解的相关背景资料进行总结,深入研究了铝电解生产过程的原理,认真分析了铝电解各个工艺参数与工艺指标之间的关系。本文采用受电流波动影响较小的电解槽等效电阻作为被控对象,分析了槽电压的构成,建立了槽电阻与极距间的控制模型。电解铝过程是一个具有参数时变、时滞、惯性和非线性的复杂对象,恒定参数的传统PID控制器无法满足需求,本文设计了基于改进的单神经元学习算法的PID极距控制器,针对传统PID控制器的缺点进行改善,对多变的对象参数有了更好的适应性,减少了控制器参数调节的工作量。最后,基于东北大学直流负载半实物仿真及负荷检测与综合控制装置,对电解铝极距控制系统解决方案进行设计和实现,采用LAD语言编写了改进的单神经元PID算法的程序,通过WinCC实现对控制系统的监控。