基于Matlab的函数逼近在碳阳极质量控制建模的应用(2)
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 引言
随着科学技术的不断发展，铝的需求和产量得到了很大的发展，对铝用碳阳极（亦称碳阳极，简称阳极）的质量、功能提出了越来越高的要求。自1998到现在，我过铝工业发展迎来了一个高潮，铝用碳阳极的生产规模不断增大，中国成为世界预焙阳极技术和装备的最大市场，吸引着很多国家纷纷向中国引进预焙阳极技术和设备。全世界的预焙阳极技术互相交流，使得国内这一技术得到了飞快的发展，达到了世界一流的水平，贵州铝厂在1997年对于中国铝场存在的老问题，首先引进了法国彼得施的碳阳极生产技术，让我过从老的炉型结构和控制工艺的禁锢中解放出来，阳极的质量得到了质的发展。
近年来，阳极的质量成了铝业关注的主要方面，很多国内厂家都引进国外先进的焙烧、混捏的设备，同时也对阳极质量生产进行深入的研究，有了不错的成果，并出口了很大数量到欧洲美国等国家。不过这其中也存在了很多的问题，在引进设备的过程中不对工艺技术进行研究和消化，产生了软件更不上硬件的问题。本设计的重点是用Matlab对于阳极生产进行模型建立，正式针对与工艺技术无法匹配上高端设备这一主要问题提出的。近年来，用软件建立数学模型对于工业生产流程进行仿真成了高校研究、企业生产中不可或缺的重要环节。工业生产过程中，很多领域在实际工作中需要消耗很大的人力物料，并且某些工业流程需要非常多的时间，这让研究优化成为一个十分困难的问题。随着科技的发展，软件仿真来到了我们的身边，在实际工作之前对于系统进行建模仿真，不仅可以对于一些重要变量的影响效果和系统流程清晰呈现，还可以在此基础上对于系统进行改变调整，降低了实际工作的经济与时间成本，同时对于工艺优化创新产生了反向启发的效果。
1.1.1 Matlab的函数逼近在碳阳极质量控制建模概述
（1） Matlab函数逼近方法的概述
在工程分析和科学实验研究中，经常需要根据实验所测到的一些数据去计算估计希望能得到实验中自变量和因变量的函数关系。一般来说，自变量和因变量之间真正的函数关系是非常难得到的，而且有些关系是非常复杂的，其实得到也很难进行我们所需要的设计和研究。因此，我们需要用使用一些近似的函数去拟合所得数据函数曲线，这种方法就叫做函数逼近。这种方法在逆向工程、图像拟合处理、数据处理领域有着很大的应用。逼近方法有很多，目前应用最为多的是插值逼近法、最小二乘法曲线拟合法、神经网络逼近法三种方法。而本文应用的是两种神经网络，分别是小波神经网络和基于遗传算法的优化神经网络。小波神经网络与传统神经网络不同的是他的传递函数使用的是小波函数。
实验中我们往往会发现我们测试到的实验数据不够用或者某些数据之间的间隔非常大，这时我们需要在保证已有数据是有效数据的情况下，在测试数据之间插入一些合理的数据实现函数逼近。根据这些数据的分布规律，我们找到一个函数关系将自变量和因变量的关系拟合这些数据。并且我们可以用这样的一个函数关系利用一个数据可把任何数据得到。常用的插值函数有分段线性插值函数、三次样条插值。插值逼近在信号处理和图像处理方面有着很广泛的应用。
（2） 碳阳极的简单介绍
铝电解槽与电源正极相联的炭质电极，是铝电解槽的重要组成部分，包括碳阳极本质和金属阳极导电体。在铝工业发展初期，主要用的是小型的预焙阳极，后来为了扩大阳极电流，在20世纪20年代参照铁合金电炉的连续自焙形式，在铝电解槽上装备，实现了连续自焙电极形式。到了40年代上插棒式自焙阳极简化了阳极操作提高了机械化程度。到了50年代，由于预焙阳极质量的提高以及振动成型制造大规格预焙阳极碳快的成功，预焙阳极焙广泛的采用。80年代后期，新式的预焙阳极电容量已达到了280KA到320KA以上。铝电解过程中碳阳极日平均消耗2cm左右，需要定期向电解槽中添加新阳极糊(自焙阳极)，或定期更换新阳极块(预焙阳极)，使铝电解槽保持正常运转。铝电解生产对碳阳极的基本要求是：抗熔盐侵蚀，有较低的电阻、较高的纯度和较好的机械强度。碳阳极质量及工作状况对铝电解电流效率、铝电解电能消耗及物料消耗的影响较大。铝电解槽正常运转时，碳阳极的欧姆电压降为300～600mV，占槽电压的10％～15％，吨铝碳阳极净耗400～500kg(按残极回收计)。通过提高原料质量，改进生产配方和工艺、阳极结构形式以及阳极的工作制度，可以提高阳极工作质量。阳极的类型有连续自焙阳极(简称自焙阳极)和预焙阳极两类。自焙阳极是利用铝电解槽自身热量使阳极糊中的沥青热解，焦化后与骨料碳粒形成致密的固体阳极。自焙阳极多为整体式单阳极是按导电钢棒(阳极棒)插入方式分为侧插(或旁插)棒白焙阳极和上插棒自焙阳极两种。第一步，上插棒自焙阳极。导电钢棒从阳极上部插入者称上插自焙阳极。上插自焙阳极由阳极框套、阳极钢棒、碳阳极本体及框套升降机构等组成。上插棒自焙阳极铝电解槽的电流容量达80～160kA，阳极电流密度为0.6～0.75A/cm2。第二步侧插自焙阳极。导电棒(阳极棒)从侧部插入者称侧插自焙阳极。侧插自焙阳极由阳极框架、阳极棒、碳阳极本体及阳极升降机构组成。侧插棒自焙阳极铝电解槽的电流容量达到40～130kA，阳极电流密度0.7～1.0A/cm2，电流容量在10万A以下的中小型铝电解槽大多用侧插自焙阳极。由于从铝电解槽的侧部插入阳极棒，电流均匀分布受到阳极宽度的限制。此外，阳极底部中心部位温度高，散热不好，也限制了铝电解槽容量的扩大。