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中国先进研究堆数字化自动开堆和功率调节系统的研究和开发

曾海  
【摘要】:中国先进研究堆(CARR)是中国原子能科学研究院在21世纪建造的一座轻水冷却,重水慢化的反中子阱型池式多用途研究堆,能引出高通量的中子束流,既可以满足中子散射实验等前沿基础研究的需要,又能满足核工业、国民经济和国防建设的需要,其主要技术性能指标可达到世界先进水平。 自动开堆和功率调节系统承担着控制CARR中子功率水平的任务,是CARR重要的控制系统之一。该系统通过手动或自动控制6根控制棒(2根安全棒,4根补偿棒)的运动,实现对反应堆功率的手/自动控制。到达设定的功率定值后,系统可投入自动调节,克服扰动,维持反应堆稳定运行。 CARR自动开堆和功率调节系统采用数字技术,由计算机完成全部手动和自动功能;系统除具有功率自动调节功能外,还具有反应堆自动启动,以及反应堆功率的自动转换功能;系统必须采取某种运动逻辑使得在任何时候都能维持4根补偿棒棒栅的平衡,各棒基本在同一高度;CARR补偿棒驱动机构首次采用步进电机驱动的电磁驱动装置,该装置存在某些非线性特性,加上CARR本身的物理特性,如控制棒价值大且非线性明显等,这些特点都给CARR自动开堆和功率调节系统提出了新的要求。对系统进行全面的理论和仿真研究,可以得到合适的控制算法和补偿棒运动逻辑,了解环节特性对系统性能的影响,为系统设计提供理论指导和依据。 本论从以下几方面开展了系统的研究工作: 1.本文在广泛调研的基础上,结合CARR的运行要求,确定经典的PID控制作为自动开堆和功率调节系统的控制方案; 2.本文采用数字控制理论对闭环系统进行分析,证明了闭环系统的稳定性,并得到了主要控制参数,如采样周期和比例系数; 3.本文基于Matlab的Simuink仿真平台,建立了闭环系统各环节的仿真模型,这些模型真实地描述了环节的特性: 4.本文提出了2种控制方法,比例控制方法和比例加周期控制方法,建立了基于这两种控制方法的控制器的仿真模型;提出了保持补偿棒棒栅平衡的2种补偿棒运动


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