核蒸汽发生器水位的滑模控制系统研究

摘要

为了保证压水堆核电站安全运行，将U型管蒸汽发生器(U-Tube Steam Generator， UTSG)水位维持在一定水平是非常必要和重要的。由于该水位存在“收缩”与“膨胀”的逆动力学效应、随运行功率而变化的动力学特性，使得其水位控制变得复杂。目前核电站多采用蒸汽发生器水位串级PID控制方法，受一些技术发展所限，对UTSG水位的控制效果未能达到最佳。
　　本文在Irving提出的UTSG水位集中参数模型的基础上，利用线性参数变化(Linear Parameter Varying， LPV)理论借助于依赖参数能够有效的描述UTSG水位非线性特性,研究了核电厂UTSG水位的增益调度滑模控制问题。首先，假设系统的状态向量信息是完全可测的，提出了基于极点配置的水位分段动态滑模控制和基于线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality，LMI)的水位鲁棒全局滑模控制两种设计方法，并通过仿真研究验证了所提出控制方法的有效性。其次，应用鲁棒控制理论，设计了不同工况下的动态输出反馈滑模控制器，并研究了UTSG水位控制系统的内环/外环结构，在此基础上引入PID控制器组成了水位的混合控制系统，仿真结果表明了其良好的控制品质。最后，求解UTSG水位的MSE(Mean Square Error，MSE)指标值及MO(Maximum overshoot， MO)性能指标值，对文中研究的3种滑模控制系统进行性能评价，还检验了当水位模型参数存在不确定性和外部扰动时本文研究的设计方法具有强鲁棒性。
　　仿真结果表明三种滑模控制系统在各种仿真条件下都有较好的控制能力，有各自的特点。本文研究结果对将来设计UTSG水位的综合先进控制方案具有一定的指导意义。

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第1章 绪论

1.1 论文选题的背景

1.2 论文选题意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的研究方法和内容

第2章 SG水位系统模型的建立及滑模控制理论基础

2.1 SG水位系统模型的建立

2.2 滑模控制的基本理论

2.3 本章小结

第3章 基于状态反馈的UTSG水位增益调度滑模控制

3.1 背景介绍

3.2 基于极点配置的水位增益调度分段动态滑模控制

3.3 基于LMI的UTSG水位增益调度全局滑模控制

3.4 本章小结

第4章 UTSG水位的H∞输出反馈滑模控制

4.1 背景介绍

4.2 鲁棒H∞输出反馈滑模控制

4.3 UTSG水位H∞输出反馈滑模控制与PID混合型控制系统设计

4.4 本章小结

第5章 UTSG水位滑模控制系统性能评价

5.1 控制系统的性能评估

5.2 UTSG水位滑模控制系统的性能评价分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢