铜精炼炉操作优化与智能控制应用研究
中国铜市场随着中国入世而全面融入国际市场，中国铜工业企业将面临着前所未有的十分严峻的挑战。因此，对于铜精炼工业企业来说，目前最关键且急需解决的问题是在现有工艺流程和生产设备的情况下，如何利用过程信息，实时在线确定生产过程参数，使整个生产过程运行于最优状态，并相应地实现智能控制，改善铜精炼过程的环境排放条件，切实提高工业企业经济效益及其市场竞争能力。
由于铜精炼过程具有大惯性、大时滞、非线性、时变、强耦合严重等特征，其入炉粗铜成分的数据检测存在着严重滞后，以及高温铜液温度在线测量困难，吨铜成本高、还原过程中存在十分严重的冒黑烟现象，而目前铜精炼过程控制中所应用的集散控制系统仅起到监测以及一些常规控制作用，没有充分利用其信息资源等等，以上这些问题严重影响了铜精炼过程优化与智能控制的实现。而包括混沌理论、软测量技术、人工智能技术在内的先进过程控制技术在解决上述问题时具有独特的优越性，并可望为上述问题的解决提供一条新途径。
本论文的研究以江西铜业集团公司贵溪冶炼厂“阳极炉精炼过程先进控制系统”项目为背景，重点讨论了铜精炼过程粗铜成分、高温铜液温度等的软测量、时间内燃料消耗的最优化以及烟气温度智能控制，主要取得研究成果与创新之处如下：
(1)首次证明了转炉产粗铜成分时间序列具有混沌与分形特性，并得出了转炉产粗铜成分不能长期预报的结论；在此基础上对转炉产粗铜成分时间序列采用相空间重构理论与最大Lyapunov指数方法建立了混沌软测量模型以及采用样本及时更新的方法满足了优化建模及智能控制的实时在线需要；
(2)采用铜精炼过程机理以及函数链神经网络在线校正相结合的方法建立的铜液温度软测量模型，使在线测量困难的铜液温度变为“可测”参数，为铜精炼过程铜液温度监测与控制提供了保证；
(3)采用遍历性好的混沌模型xn+1-sin(2/xn)产生混沌变量，构建了具有准确性和快速性的自适应变尺度混沌优化算法，为铜精炼过程燃料消耗最优化与一阶时滞问题下单神经元PID控制器参数的整定提供了高效实用的工具，也为铜精炼炉操作优化与智能控制策略奠定了坚实的理论基础；
(4)为了保证了单神经元PID控制器参数整定与控制参数设定的快速性与真实可靠性，分别建立了烟气温度动态模型与设计了铜精炼过程燃料消耗优化器，为铜精炼过程在线优化及其智能控制以及节能降耗提供了理论基础；(5)利用Hermite-Biehler定理，首次推广了纯滞后闭环系统特征多项式Hurwitz稳定判据的适应条件，并以此为基础指导了一阶加纯滞后过程下单神经元PID控制器稳定化的有效设计。
铜精炼炉操作优化与智能控制系统自试运行以来的半年时间内，能较好地实现控制参数的优化以及智能控制。根据现场生产数据统计资料，试运行操作优化与智能控制系统后重油单耗节约9.2％，液化气单耗节约13.2％。铜精炼阳极炉液化气燃烧产物中未见可燃物CO，且还原过程的烟囱排烟林格曼黑度较采用优化智能控制前有了一定程度的下降。对精炼产品阳极铜成分化验数据表明，阳极铜成分完全符合工艺质量要求，从而说明试运行操作优化与智能控制系统后所取得的节能与环保方面的效果的同时，也完全保证了铜的精炼质量。
智能控制;混沌理论;神经网络;软测量技术;铜精炼;操作优化;智能控制系统;混沌
中南大学
博士
热能工程
梅炽;时章明
2004
中文
TG146.11;TP183;TP18
152
2006-08-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）