基于模糊解耦的核动力装置的控制装置及协调控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供的是基于模糊解耦的核动力装置的控制装置及协调控制方法。由基础控制级和协调控制级组成，而协调控制级则又包括管理部分和协调部分，基础控制级包括汽轮机转速控制回路、蒸汽发生器出口蒸汽压力控制回路和反应堆功率控制回路。模糊解耦控制器是在汽轮机转速控制回路和蒸汽发生器出口蒸汽压力控制回路之间加上一个适当的补偿器，以消除耦合回路对主回路的影响，使各回路能分别独立控制，达到解耦控制的目的。本发明专利技术适用于核动力装置这样具有严重的非线性、耦合性、时变性的系统，控制精度高，鲁棒性好。可实际应用于核动力装置控制系统设计中，能提高整个系统的控制品质。

Control device and coordinated control method of nuclear power device based on fuzzy decoupling

The invention provides a control device and a coordinated control method of a nuclear power device based on fuzzy decoupling. Is composed of basic control level and coordination control, coordinated control grade also includes management and coordination, the basic control level including the turbine speed control loop, outlet steam pressure control loop and the reactor power control circuit. Fuzzy decoupling controller is coupled with a suitable compensator in the turbine speed control loop and outlet steam pressure control loop, in order to eliminate the influence of coupling circuit to the main circuit, the circuit can be independently controlled, to achieve the purpose of decoupling control. The invention is applicable to a system with serious nonlinear, coupling and time-varying characteristics of a nuclear power plant, and has high control accuracy and good robustness. It can be applied in the control system design of nuclear power plant, and can improve the control quality of the whole system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核动力装置的控制装置，本专利技术也涉及核动力装置的控制方法， 具体地说是一种基于模糊解耦策略的核动力装置的控制装置及协调控制方法。
技术介绍
核动力装置是一个复杂的大系统。早期的核动力装置控制系统有一系列相 对独立的局部控制回路组成，其结构比较简单，但是适应装置不同运行方式和 工况的能力比较差。在大多数多输入多输出控制系统中， 一个输入信号的变化会使多个输出量 发生变化，每个输出也不只是受一个输入的影响。而过程控制则要求系统能够 安全稳定地运行，有较好的调节性能，能以较小的误差跟踪设定值的变化或使 稳态误差为零。核动力装置主要包括反应堆、蒸汽发生器和汽轮机等设备，其 整个控制系统就是这样的一个多输入多输出控制系统，其中蒸汽发生器的出口 蒸汽压力控制与汽轮机转速控制存在严重的耦合，这对整个系统的安全、经济 运行具有很大的影响。在对现有的技术文献检索发现，目前的核动力装置协调控制方法有晏勇等 的10MW高温气冷堆的协调控制方案，并给出了 10MW高温气冷堆的协调控 制方法，没有针对蒸汽发生器和汽轮机之间的耦合性进行研究。因此，引入模 糊解耦控制方法将有助于进一步改善核动力装置的控制品质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以使核动力装置控制精度提高，鲁棒性更好 的。 本专利技术的目的是这样实现的-本专利技术的基于模糊解耦的核动力装置的控制装置由基础控制级和协调控制 级组成；协调控制级包括管理部分1和协调部分；基础控制级包括汽轮机转速 控制回路、蒸汽发生器出口蒸汽压力控制回路和反应堆功率控制回路；由汽轮 机转速控制器3、汽轮机蒸汽阀7和核动力装置10组成汽轮机转速控制回路； 由出口蒸汽压力控制器4、给水阀8和核动力装置10组成蒸汽发生器出口蒸汽 压力控制回路；由反应堆功率控制器5、控制棒驱动机构9和核动力装置10组 成反应堆功率控制回路；协调部分中2为函数发生器；在汽轮机转速控制回路 和蒸汽发生器出口蒸汽压力控制回路之间加上为模糊解耦控制器6。 本专利技术的基于模糊解耦的核动力装置的控制装置还可以包括-1、所述的协调器是协调核动力装置反应堆功率控制、出口蒸汽压力控制与 转速控制的协调器。本专利技术基于模糊解耦的协调控制方法为(1) 利用测量系统测出核动力装置的状态参数信息；(2) 通过模拟/数字转换器将得到的状态参数转换成数字信号，数字信号在经 过协调器后，分别送给三个控制器；(3) 将其中两个控制器的输出送至模糊解耦控制器中；(4) 模糊解耦控制器中包含的模糊解耦算法对接受的精确信息模糊化，得到 输入量的模糊值，根据输入量的模糊值，按模糊控制规则及解耦控制调节参数， 通过模糊推理计算控制量的模糊值，最后通过解模糊计算获得精确的控制量， 编制成表格，通过查表实现解耦控制；(5) 控制器所产生的控制信号经过数字/模拟转换器产生模拟信号并经过信 号放大器增强后输出给执行机构；(6) 执行机构按指令执行，将整个系统变化到指定的工况下。 本专利技术基于模糊解耦的协调控制方法还可以包括-1、 所述的核动力装置的状态参数信息包括反应堆中子通量、 一回路反应 堆入口温度、 一回路反应堆出口温度、蒸汽发生器出口蒸汽压力、二回路给水 流量、蒸汽发生器出口蒸汽流量和汽轮机转速。2、 所述的测量系统是温度传感器、压力传感器、流量计、转速计以及中子 密度探测器。3、 所述的协调器是协调核动力装置反应堆功率控制、出口蒸汽压力控制与 转速控制的矛盾。4、 所述的三个控制器，包括反应堆功率控制器、蒸汽发生器出口蒸汽压力 控制器和汽轮机转速控制器。5、 所述的两个控制器是蒸汽发生器出口蒸汽压力控制器和汽轮机转速控制腿 益。6、 所述的模糊控制规则是指根据已有的经验和技术知识构造的一系列 if-then (如果-则)语言规则。7、 所述的模糊推理是指选定的推理方法，从输入量和控制规则推理得出输 出量值。8、 所述的解模糊计算是指从输出控制量的模糊值中找出一个最能代表模糊 解耦作用可能分布的精确量。本专利技术的工作原理是本专利技术的核心部分是基于模糊解耦策略的协调控制系统的设计。此系统是核动力装置协调控制系统和模糊解耦策略的结合。核动力装置协调控制系统是一种二级递阶控制系统，由协调控制级和基础 控制级两大部分组成，而协调控制级由管理部分与协调部分组成，基础控制级由反应堆功率控制、二回路出口蒸汽压力控制和汽轮机转速控制组成。基础控制级处于控制系统的底层，主要由三个控制回路组成，分别是一回 路反应堆功率控制回路、二回路出口蒸汽压力控制回路以及汽轮机转速控制回 路。 一回路反应堆功率控制回路通过对反应堆控制棒的控制来实现一回路平均 温度保持不变；二回路出口蒸汽压力控制回路则是控制给水流量来实现二回路 出口蒸汽压力恒定；汽轮机转速控制回路调节汽轮机调度阀门的开度来满足负 荷变化的要求。协调部分作用是对整个核动力装置的各个控制回路进行协调。用蒸汽压力 偏差作用于汽轮机控制回路，让汽轮机侧在控制输出转速的同时，配合蒸汽发 生器侧共同控制蒸汽压力，从而改善蒸汽压力的控制质量。将汽轮机进口蒸汽 流量代表对蒸汽发生器的能量需求，作为前馈信号引入到二回路出口蒸汽控制 回路和一回路平均温度控制中。管理部分要根据外界负荷指令的变化,在线给出并调整基础控制级各回路 的设定值、基础控制级各回路的控制器参数和模糊解耦控制器的增益。模糊解耦控制实际是加入一个适当的补偿器，以消除耦合回路对主回路的 影响，使各回路能分别独立控制，达到解耦控制的目的。由于模糊控制器本身 的特殊性，所以不可能做到而且也没有必要做到使各回路完全独立。实际上只 需将耦合产生的影响降低到尽可能低的程度，使它不至于影响各主回路的正常 调节就可以。模糊解耦控制器应用在出口蒸汽压力控制回路和汽轮机转速控制回路之 间。其是因为其两回路相互关联，存在着强烈的耦合特性。当核动力装置在大 范围升降负荷时，蒸汽压力与转速变化较大，蒸汽压力的波动特别大，这对汽 轮机装置运行很不利。模糊解耦控制器的设计实际上就是建立模糊解耦补偿表，取汽轮机转速控 制回路和二回路出口蒸汽压力控制回路控制器输出的控制量M,、 ^为模糊解耦控制器的输入信息，补偿表的补偿系数作为模糊解耦控制器的输出信息。首先，假设补偿表系数的语言变量由C表示，其模糊子集-O(IB, IM， IS， OK， SS， SM， SB}式中IB、 IM、 IS、 OK、 SS、 SM及SB分别表示大补、中补、小补、不补、 小减、中减、大减的模糊概念。回路1的控制增量^的语言变量由A表示，其模糊子集为 A={PB， PM， PS， O， NS， NM， NB}式中PB、 PM、 PS、 O、 NS、 NM及NB分别表示正大、正中、正小、零、 负小、负中及负大。回路2的控制增量^的语言变量用B表示，其模糊子集及其论域、隶属度 取值与A相同。然后，模糊解耦控制器在模糊集中给每一个变量赋于一个置信度。每一个 模糊集的置信度函数都是以零点为中心，正负两边成对称分布。每个变量的置 信度函数曲线均为对称的单波峰形状。正零点处的置信度比其它各点都要小。模糊解耦控制器是通过模糊控制规则把模糊输入集和输出集联系起来，模 糊控制规则才用if-then语句。其采用经验归纳法，即根据专家的控制经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模糊解耦的核动力装置的控制装置，由基础控制级和协调控制级组成；其特征是：协调控制级包括管理部分１和协调部分；基础控制级包括汽轮机转速控制回路、蒸汽发生器出口蒸汽压力控制回路和反应堆功率控制回路；由汽轮机转速控制器３、汽轮机蒸汽阀７和核动力装置１０组成汽轮机转速控制回路；由出口蒸汽压力控制器４、给水阀８和核动力装置１０组成蒸汽发生器出口蒸汽压力控制回路；由反应堆功率控制器５、控制棒驱动机构９和核动力装置１０组成反应堆功率控制回路；协调部分中２为函数发生器；在汽轮机转速控制回路和蒸汽发生器出口蒸汽压力控制回路之间加上为模糊解耦控制器６。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，夏国清，边信黔，付明玉，李娟，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]