一种混合粒子群优化的沉降ARMAX模型.pdf

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1、过程控制化工自动化及仪表，2011，38(1)：18—22ControlandInstrumentsinChemicalIndustry一种混合粒子群优化的沉降ARMAX模型王华秋(重庆理工大学计算机科学与工程学院，重庆400050)摘要：为了提高氧化铝生产质量和降低能耗，分析了氧化铝沉降工艺中影响沉降过程的各种因素，采用系统辨识的方法建立沉降系统的带外部输入的自回归滑移ARMAX模型。为此提出了基于二阶混沌的混合粒子群算法。解决了粒子群算法容易早熟以及全局寻优效率偏低等问题，进而建立了基于二阶混沌的混合粒子群优化算法的沉降槽密度AR

2、MAX模型。仿真实验表明，该混合粒子群算法的ARMAX模型可以对沉降过程中的槽内密度进行准确识别，指导氧化铝的沉降生产操作。关键词：沉降；带外部输入的自回归滑移；混合粒子群；系统辨识中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1000-3932(2011)叭-0018-051引言沉降系统是氧化铝厂的一个重要环节，它可以使生成过程中的粗溶液清理，从而降低后续工序的生产成本，并减少环境污染。国内对于沉降系统的研究，主要集中在分层测量、沉降系统的结构和控制方法、高分子絮凝剂的添加等方面。智能过程控制方法逐渐在铝业中应用，高金先提出当前铝工

3、业过程控制方法的新趋势和新工作，该方法基于过程建模并结合计算智能等先进控制技术⋯。对于过程控制该方法的应用前景被认为是广泛的。在溶出沉降系统的工艺优化研究上，中铝集团下属各分公司、国内的各个有关高校和科研院所均投入了大量的精力进行研究和技术改造。拜尔溶出沉降自动控制系统对于保证产品质量、实现生产安全稳定运行及降低劳动强度都起着关键性作用。山西铝厂的梁春来和中南工业大学的李小斌、彭志宏

4、zJ·对增溶溶出的工艺进行了研究。沉降系统是一个连续的生产过程，原料和添加剂不断输入，而产品和赤泥也不断输出，在生产中首先要保证产品质量，包括铝氧浓度、

5、粗液浮游物含量、赤泥A／S比等指标，因此必须使沉降槽内有合适的密度分布，密度太低，赤泥不能完全沉降，会残留在产品中，而密度过高又会造成铝酸钠溶液浓度过高，费絮凝剂又易损坏槽壁。但是在生产过程中，原料成分、含水量、进料速度、添加剂成分、溶液流速等生产条件经常会发生变化，而且有些量的变化是无法实时测量的H’。在这种条件下，要做到稳定生产、提高质量、降低能耗、减少污染，对自动化信息处理提出了很高的要求。有的学者分析沉降槽内发生的物理化学变化，并根据传热传质过程来建立沉降槽的仿真模型”1，这些模型中的方程有许多参数，必须通过机理分析或大量实验

6、来确定，应用这些模型还需要测量所有状态变量，而这在实际中是很难做到的。因此用机理分析建立仿真模型的方法，从过程控制的角度看，不仅是很难实现的，而且也不是十分必要的。为此，本文采用系统辨识的方法建立沉降系统的带外部输入的自回归滑移ARMAX模型，不去分析其内部的反应机理，而是研究对象的主要控制变量和输出变量之间的相互关系。系统辨识需要输入和输出数据，从一组给定的数据中确定一个与对象系统等价的模型，但是以往的辨识算法未能较好地解决复杂的ARMAX系统辨识。因此本文准备采用粒子群优化算法对ARMAX系统进行辨识∞’71，这实质上就是先将辨识

7、问题转化为参数优化问题，而后用粒子群算法对参数空间进行全局搜索，从而获得系统辨识参数的最优估计。针对粒子群算法容易早熟，全局寻优效率偏低等缺点¨】，本文采用了胡建秀一1等人提出的二阶微粒群算法。在此基础上，为了进一步改善算法性能，用提出的混沌寻优方法来调节微粒群算法的局部搜索能力，避免算法陷入局部最优，加快了算法的收敛速度。本文将这两种方法结合在一起，就能够有效克服早熟问题，在全局收敛性和收敛速度方面均优于其中任何一种微粒群算法。某氧化铝厂溶出车间自投产以来，通过不断的收稿日期：2010—11-29(修改稿)基金项目：重庆教委科学研究

8、项目(KJl00805)；中国铝业贵州分公司技改项目(2008Q26)第1期王华秋．一种混合粒子群优化的沉降ARMAX模型·19·创新，工序的处理能力已超出原有的设计产能，但随着近几年矿石品位的下滑以及产能的增加，原有的沉降操作控制及监测手段已不能满足现有生产要求，赤泥分离洗涤效率下降，系统指标波动。因此，本文二阶混沌粒子群算法辨识沉降槽絮凝剂和洗水量对槽内密度的影响，针对不同情况采取不同措施，可对固含波动时的洗水、絮凝剂的投放量等沉降槽操作提出指导意见。2沉降工艺过程简介生产上，从溶出后槽来的稀释料浆进入分离沉降槽(或分离／新增分离

9、沉降槽)，料浆在分离沉降槽中与加入的A型絮凝剂作用，清液层从溢流口流进分离溢流槽，由分离溢流管自压到叶滤的粗液槽，底流由底流泵打到底流分配器，由分配器送到一洗沉降槽的喂料箱内。沉降系统的洗涤是一个逆向洗涤过程。赤泥从分离