图1  软件系统结构

    (1)  FCS操作站  采用Profibus总线与现场总线操作站进行数据传递，实现系统温度、流量、pH值的检测和调节并向智能控制站发送检测数据，同时接收来自智能控制站的控制信号和控制数据。
    (2)  操作车间站  操作车间站包括阳极泥与镍矿加料设备和三段流量现场控制系统。阳极泥与镍矿加料在设备上采取自动搅拌，缓送填料方式，加料量由智能控制站给出，加料完成后将现场数据反送智能控制站，等待下次数据。三段流量现场控制系统主要控制除铁过程中碳酸镍溶液的流量、除铜过程中硫酸的流量、除钴过程中精碳酸镍的流量和氯气通入量。由智能控制站统一调配，其数据通过上传仪表检测站的数据得到。在操作车间站设有系统应急保护装置，作为系统初调和故障时的手动切换控制，一旦系统投入运行，一切由智能控制站完成。
    (3)  仪表检测站  仪表检测站主要负责传感数据的采集，时刻采集系统过程中的pH值、氧化―还原电位、系统温度、溶液流量等信息，并将数据上传到智能控制站。
    (4)  智能控制站  智能控制站是整个镍电解三段控制系统的核心，该站接收来自仪表检测站的数据，并进行大量智能算法和控制策略的实现，然后将数据下传现场总线操作站，由总线操作站控制和督导操作车间站，同时要接收来自现场操作站的数据。

3  控制策略

    镍电解三段净化控制过程存在大时滞、大惯性、非线性、多变量等特点，整个过程既有快速反应过程，又有缓慢过程，既有连续状态信号，又有大量离散状态信号，现场控制复杂，单纯的控制策略很难取得成效。针对这种混杂系统，必须研究一种行之有效的控制策略。系统根据现场工程师的操作经验和镍电解三段净化过程的特点，设计了一种以模糊控制为核心，神经非线性内模控制为辅助，同时增加专家控制和预测控制，构成一种综合的智能控制算法。

3.1  控制过程及控制器总体设计
    控制过程及控制器的总体系统设计如图2所示，上端为智能控制器部分，中间为检测及控制部分，下端为控制过程部分。

图2  控制过程及智能控制器设计

FLC：模糊逻辑控制，建立一系列模糊控制规则，实现对系统的配方管理控制。
FLC+PREC：模糊逻辑控制+预测控制，分析和处理来自信号检测传感变送装置的信号，并做出预测及控制规则。
NNC：神经内模控制，根据专家和现场工程师经验总结，建立内部模型，处于恒运行状态，对系统整体作出反应。
EC：专家控制，对系统各模块作出反应并进行相互协调，必要时对系统施加自己的控制行为。

3.2  模糊控制器设计
    系统中检测变量较多，控制内容较多，不能采用同一种模糊规则，采取面向具体对象模糊控制规则设计，同时求取偏差e和偏差变量变化率，控制器设计为在偏差变化率较小时采用FLC（模糊逻辑控制），在偏差变化率较大时，采用FLC+PREC（模糊控制+预测控制），模糊控制规则表的设计在原始控制流程记录下有专家给出，根据温度，流量，pH值等综合因素设置有温升、稳降状态条件下的模糊控制规则表。根据具体对象，分别驱动自己的子控制系统，最大限度的实现解耦和干扰消除。

3.3  神经非线性内模控制器设计
    镍电解三段净化过程是一个非线性控制过程，被控对象是非线性的，神经网络具有很强的非线性逼近能力、优化能力和容错能力。典型的神经内模控制结构如图3所示，P为非线性被控对象，为对象的内部模型，D为内模控制器，内部模型和内模控制器由神经网络来实现。
    对象P是具有d阶时延的非线性系统，u，y分别为系统的输入、输出，用差分方程描述为：

图3  神经非线性内模控制器设计