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蒸汽发生器水位FUZZY-I控制系统及半实物仿真试验研究

万华庆  
【摘要】: 蒸汽发生器是连接压水反应堆一、二回路的重要热交换设备,被称为一、二回路的枢纽。蒸汽发生器水位控制系统是非线性、时变的多变量系统,“假水位”现象的存在使蒸汽发生器水位控制成为一个难题,采用传统PID方法不能得到令人满意的效果,而模糊控制技术不依赖于数学模型,具有较强的鲁棒性,适于蒸汽发生器水位的控制。 在分析蒸汽发生器运行机理的基础上,根据领域专家知识和现场操作经验,针对“假水位”不同阶段的变化特征,设计了包括“假水位”模糊判别环节和三维水位模糊控制环节的蒸汽发生器水位两级模糊控制器,在“假水位”期间忽略或减弱水位偏差的影响,使给水流量保持相对稳定,“假水位”过程结束后,再根据水位变化实时改变给水流量的值。 引入蒸汽流量变化、蒸汽流量变化率实现对“假水位”过程的模糊判断和识别,其输出为表征当前蒸汽流量变化对水位影响的量,而以“假水位”模糊判别的结果、水位偏差、水位偏差变化率作为三维水位模糊控制器的输入,给水流量控制值为三维模糊水位控制器的输出。模糊控制器的给水流量输出范围设计为以蒸汽流量为核心且动态可变,在保持蒸汽发生器系统稳定的前提下实现蒸汽发生器水位的动态过程快速控制。由于模糊控制器的固有特性,难以消除稳态误差,因此把两级模糊控制器和常规三冲量积分控制器结合起来,构成具有两者优点的蒸汽发生器水位FUZZY-I控制器,以改善控制系统的性能。 另外,在分析相关参数对系统控制性能的影响,并经试验验证的基础上,设计修正函数实现模糊控制器水位偏差和偏差变化率的输入量化因子的在线自调整,体现了不同水位变化阶段模糊控制系统对量化因子大小的要求,并根据控制系统二次超调量的大小,设计了修正函数对积分控制器的积分因子进行在线调整,使其具有一定的自适应能力。 在基于DSP的模糊控制器硬件平台上开发实现了蒸汽发生器水位FUZZY-I控制器。采用模糊系统设计工具FuzzyTECH开发了两级模糊系统,并生成了模糊控制算法子程序。蒸汽发生器水位FUZZY-I主程序和其它子程序则在专用的TDSEMUEX DSP硬件仿真开发环境中采用C语言与汇编语言联合编写的方法设计。介绍了采用FuzzyTECH设计模糊系统的步骤,并给出了蒸汽发生器水位FUZZY-I控制主程序框图和数据采样和滤波子程序框图, 构建了蒸汽发生器水位FUZZY-I半实物仿真试验系统,该系统由蒸汽发生器FUZZY-I控制器、数字仿真对象、信号转换电路、切换开关电路、电动执行机构等部分组成,并设计了数字仿真对象数据采集板的相应接口程序。分别采用变参 数三冲量积分控制器、两级模糊控制器、FUZZY刁控制器进行了各种工况下的蒸 汽流量扰动、水位扰动、蒸汽流量频繁扰动半实物仿真试验。试验结果表明,所 设计的蒸汽发生器水位FUZZY-1控制系统综合了积分控制和两级模糊控制的优 点,完全达到了设计性能指标的要求。


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