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船用核动力装置仿真与控制方法研究

艾明  
【摘要】: 船用核动力装置数学模型具有非线性和动态不确定性,各主要参数之间具有较强的耦合性,给控制系统的设计带来了一定的难度。船用核动力装置需根据实际需要频繁的改变工况,这样对核动力装置的响应时间以及装置的安全性提出了更高的要求,尤其在大范围负荷变化时,对核动力装置控制系统的设计是一个严峻的考验。本文在所建立的核动力装置数学模型的基础上,建立了MRX船用核动力装置仿真系统,并对其进行了控制方法的研究。 本文在所建立的一体化反应堆、直流蒸汽发生器、汽轮机和冷凝器数学模型的基础上,针对船用核动力装置的结构和特点,将上述四个设备联立起来,组成了一个MRX船用核动力装置仿真系统,并对其进行了开环仿真验证,揭示了船用核动力装置的动态特性,为控制方法、控制策略的研究奠定了基础。 在上述所建立的MRX船用核动力装置仿真系统的基础上,针对各个设备分别设计了堆芯平均温度、直流蒸汽发生器出口蒸汽压力、汽轮机转速、冷凝器压力和水位PID控制器,并对该系统进行了升降负荷的仿真研究。 针对MRX船用核动力装置仿真系统,在研究分析了开环仿真结果与PID控制效果之后,通过参考相关文献,针对MRX船用核动力装置的特点,分别设计了模糊神经网络直流蒸汽发生器给水控制器和混合型模糊PID汽轮机转速控制器,并分别进行了仿真验证,之后引入了解决大系统控制问题的协调控制思想,并将上述所设计的两个智能控制器用于局部控制级,设计了MRX船用核动力装置二阶协调控制系统。分别进行了降负荷和升负荷的仿真研究,仿真结果显示,协调控制较PID控制具有更高的控制品质。本文对船用核动力装置实际控制系统的设计具有一定的参考价值。


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