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氧化铝蒸发过程的建模与控制方法的研究，博士学位论文，正文共163页。
摘要：氧化铝是电解铝生产的主要原料,而且各种特殊性能的氧化铝也广泛应用于电子、石化、制药、材料、造纸、军事、航天等行业,因此,氧化铝的生产在国民经济中占有重要的地位。蒸发过程是氧化铝工艺中重要的生产环节之一,其主要作用是将溶液中多余的水分蒸发掉,使其中的苛性碱浓度达到工艺规定的指标范围内,从而使得碱液达到循环利用的目的。蒸发过程的产品质量的合格与否直接影响着其他工序如磨矿过程和溶出过程,并最终影响整个氧化铝的产品质量。因此研究该过程的建模与控制方法的研究具有重要的意义。氧化铝蒸发过程是由六效逆流蒸发系统、四级闪蒸蒸发系统和强制效蒸发系统组成。其中的强制循环蒸发过程和六效逆流蒸发过程存在着强非线性、强耦合等综合复杂特性。采用已有的控制方法容易导致蒸发器液位出现大的波动,并且密度回路不易快速跟踪系统的设定值。这非常不利于生产的稳定运行,并且产品质量难以得到保证,很难满足实际生产过程的要求。本文结合“郑州氧化铝厂70万吨拜耳法氧化铝综合自动化系统”的工程项目,针对郑州氧化铝厂的蒸发过程这一典型的流程工业过程,在保证生产过程稳定的前提下,以将改善系统的控制品质、提高系统的控制性能和系统的产品质量以及提高蒸发效率为目标,开展了蒸发过程中强制循环蒸发系统和六效逆流蒸发系统的建模与控制方法的研究。本文取得的主要研究成果可归纳如下：(1)针对强制循环蒸发系统这一复杂工业过程,根据系统的物料平衡和热量衡算的内在机理,建立了强制循环蒸发系统中的以出料流量和加热蒸汽流量为输入,出料密度与强制效蒸发液位为输出的动态模型,并根据实际数据验证了所建模型的正确性。(2)针对强制循环蒸发系统这一多变量、强耦合、参数不确定的强非线性的工业过程,提出了基于广义预测控制的非线性自适应解耦控制策略。该自适应解耦控制器是由线性自适应解耦控制器、非线性自适应解耦控制器和切换机制组成。线性自适应解耦控制器可以保证闭环系统的输入输出稳定,非线性自适应解耦控制器可以提高系统的暂态性能。通过上述两种控制器的切换,保证闭环系统的稳定同时改善系统的控制性能。(3)针对强制循环蒸发系统中两个串级回路间存在的强耦合、参数不确定和非线性等问题,以强制循环蒸发系统和底层动态阀门作为广义对象,将所提出的非线性广义预测切换自适应解耦控制方法实现了上述工业过程中的解耦控制。通过仿真实验表明上述控制方法不仅消除了回路间的耦合,而且所提控制方法在系统出现大的扰动和不确定性的前提下,具有较强的鲁棒性,在稳定生产的同时提高了蒸发的效率。(4)针对六效逆流蒸发系统这一复杂工业过程,建立了该过程的以各效出料流量、加热蒸汽流量为输入,以出料密度、二效温度和各效液位为输出的动态模型。针对该过程的强非线性和强耦合特性,本文采用GLC(globally linearizing controller)方法对整个系统进行了输入／输出线性化解耦,对线性化后的子系统采用PID调节控制律进行控制。实验结果表明应用输入输出线性化控制策略消除了回路之间的耦合,能够更好的跟踪系统的设定值,达到了节能降耗的目的。
关键词：氧化铝蒸发过程; 动态模型; 非线性系统; 解耦控制; 切换控制; 神经网络; 自适应控制;