蒸汽发生器水位模型预测控制方法研究

摘要

压水堆中,蒸汽发生器是一回路与二回路的连接设备,不仅起到能量传输和转换的作用,还是隔离一回路放射性物质的关键设备。它的正常工作直接关系着整个核电厂的安全运行,因此,蒸汽发生器的水位是重要的监测和控制参数,是衡量蒸汽发生器是否正常运行的指标。为了保证压水堆的安全运行,将蒸汽发生器的水位控制在合理的范围内是非常必要的。
　　由于蒸汽发生器水位系统是一个强干扰、强非线性以及非最小相位的复杂动态过程。本文利用线性参数变化(Linear Parameter Varying,LPV)理论,将Irving提出的蒸汽发生器水位简化模型离散化,在此基础上建立了时变且参数依赖的多胞LPV模型以描述水位系统的不确定性和非线性。在蒸汽发生器多胞LPV模型的基础上设计了单PID控制系统和串级PID控制系统并仿真比较二者之间的优劣性。仿真结果表明串级PID控制系统具有更好的控制性能。
　　针对蒸汽发生器水位的多胞LPV模型,结合模型预测控制理论,将优化问题转化为线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)的凸优化问题,分别设计了最小最大和H2/H多目标模型预测控制器。仿真验证闭环系统的可行性。在此基础上分别增加一个PID控制器构成双控制器系统,通过仿真验证了这两种双控制器系统的可行性。
　　通过求解系统水位的MSE(Mean Square Error)值,研究基于蒸汽发生器水位的多胞LPV模型的单PID、串级PID控制系统以及最小最大、H2/H多目标模型预测控制与PID控制器双控制器系统的性能评价,并与Fakhrazari和Boroushaki设计水位控制系统做性能对比。结果显示,本文设计的控制系统具有更好的控制性能。

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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水位多模型PID控制

2.1 SG水位特性分析及多胞LPV建模

2.2 SG水位多胞LPV模型单PID控制

2.3 SG水位多胞LPV模型串级PID控制

2.4 本章小结

第3章 SG水位最小最大模型预测控制

3.1 模型预测控制理论

3.2 SG水位最小最大模型预测控制

3.3 SG水位最小最大模型预测控制与PID控制双控制器设计

3.4 本章小结

第4章 SG水位H2/H∞多目标模型预测控制

4.1 多目标与控制系统问题描述

4.2 H2/H∞多目标模型预测控制

4.3 H2/H∞多目标模型预测控制与PID控制双控制器设计

4.4 本章小结

第5章 SG水位控制系统MSE性能评价

5.1 控制系统的性能评估

5.2 SG水位PID控制系统MSE性能评价

5.3 SG水位模型预测控制系统MSE性能评价

5.4 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