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《华南理工大学》 2017年
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核电站蒸汽发生器水位鲁棒控制研究

曾碧凡  
【摘要】:核电站蒸汽发生器是连接一二回路的关键设备,是一二回路运行的枢纽,其水位的稳定对于核电站的安全运行具有重大意义。由于蒸汽发生器是一个非线性、大时滞的复杂系统,在运行过程中,其内部存在着复杂的热力过程,还存在控制系统因负荷工况变化、设备老化及噪声干扰等导致对象参数漂移的现象,线性近似模型所设计的传统控制系统很难满足水位对象的非线性不确定鲁棒要求以及快速跟踪控制要求。本文基于Irving的蒸汽发生器水位模型,利用遗传算法全局优化的特点,通过遗传算法对PID控制器参数进行寻优优化,设计适用于全工况下运行的PID控制器,并在水位值阶跃变化、蒸汽流量阶跃变化和加入外部干扰的情况下对该蒸汽发生器水位进行仿真分析。同时基于滑模控制理论,设计了传统滑模控制器、动态滑模控制器以及改进滑模控制器,分别进行仿真试验分析其水位控制效果。PID控制器虽然可以实现在全工况下的水位跟踪控制,但是水位稳定时间在1200s左右,存在蒸汽流量阶跃增加时水位超调量超过了50mm,存在噪声干扰时水位稳定时间增加为1500s,控制效果并不理想。与PID控制器相比,滑模控制器可以大大加快水位调节的响应速度,水位稳定时间在600s以内,但传统滑模控制下的给水流量出现了高频抖振现象,通过将控制输入增加到滑模面设计中的动态滑模控制可以将滑模控制中的不连续项加入到控制输入的导数项中以实现控制输入(给水流量)的连续控制,从而减小给水流量的高频抖振现象,但是出现了较大的给水流量突变值,约60kg/s;在存在蒸汽流量的阶跃扰动时,水位控制出现了一定的抖振现象;在噪声干扰的条件下,出现了较大的水位超调量。为了继续对滑模控制器存在抖振现象及水位超调量较大的缺点进行改进,通过在滑模面中增加滑模线性因子项来改善水位控制中的抖振现象和较大的水位超调,水位稳定时间大概在600s,有效抑制水位的抖振现象,同时对蒸汽流量的阶跃扰动也具有一定的抑制作用,还具有较好的抗干扰性能。最后通过对控制系统的水位阶跃响应以及存在噪声干扰条件下的水位控制最大超调量和均方差进行分析,仿真试验表明最大超调量随运行功率的增加整体呈下降趋势,改进滑模控制下的最大超调量最小,四种控制器的均方差值都小于0.2,控制系统表现出了一定的控制稳定性和良好的控制效果。改进滑模控制器的噪声抑制比λn小于0.01,控制作用比小于16,同时检验了不确定模型下的改进滑模控制系统对参数扰动和噪声干扰具有强鲁棒性。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM623.4

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