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核电站主控室后备盘台人机界面建模及其优化方法研究

许彧青  
【摘要】:后备盘台是先进主控室的重要组成部分和重要的安全屏障,其功能是在数字化仪控系统失效时,维持核电站的正常运行或将核电站引导到安全的状态下。后备盘台人机界面布局不仅直接关系到操纵员的认读、操控的准确性和效率,而且关系到核电站运行的安全和效益。可见,对其布局优化进行研究具有重要的理论意义和应用价值。 本文以核电站主控室后备盘台人机界面为研究对象,针对人机界面经验布局法存在的问题,主要对人机界面布局建模与基于粒子群算法(PSO)的界面布局优化设计等问题进行了研究,其主要研究工作如下。 分析了核电站主控室人机界面布局的工效学标准,并依据相关标准,分别对显示器、操纵器和盘面的布局原则进行了归纳和总结,确定了核电站主控室后备盘台人机界面布局的重要性、操作频率、操作顺序、相关性、相容性等,作为核电站主控室后备盘台人机界面布局优化设计的原则。 针对后备盘台人机界面的重要性、操作频率、操作顺序、相关性和相容性各布局原则,分别建立相应的数学模型。从台面的总体布局出发,需综合考虑各布局原则之间的相互关系,并依此构建布局优化目标函数,将实际人机界面的布局问题抽象成为组合优化的数学问题。 依据后备盘台布局优化问题的特点,进行了基于Monte Carlo方法的算法测试与布局优化方法研究。通过构建标准测试界面,采用PSO进行布局求解,测试前文构建的布局优化目标函数的合理性和适用性,测试PSO布局优化算法解决本布局问题的有效性。通过构建概率密度函数及两种用于求解其系数的最小二乘法格式,对标准测试界面布局结果的分布规律进行分析。最后,给出了一种基于统计学的对优化结果进行分析的方法。 在构建的数学模型和目标函数的基础上,采用PSO进行了后备盘台人机界面的布局优化计算。通过Monte Carlo布局优化实验,对PSO计算中影响迭代次数和优化结果的惯性权重、学习因子、粒子速度、粒子数和最大迭代次数等各参数进行了研究和测试。提出了改进的惯性权重的先减后恒值分段连续进化策略,以及学习因子的循环变化策略;给出了粒子速度、粒子数和最大迭代次数等参数的优化设置方法;获得了相应的PSO优化计算流程图。 为了满足后备盘台人机界面布局优化的工程设计需求,使用Visual Basic语言,开发了PSO元件布局优化系统软件ICPPSO Suite,应用于核电站主控室后备盘台人机界面的布局优化实例中,实现了自动布局。


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