基于PID和H控制方法的蒸汽发生器水位控制

摘要

在压水堆核动力装置中，蒸汽发生器(Steam Generator，以下简称SG)是产生发电设备转动所需蒸汽的设备。为确保堆芯的充分冷却和防止汽轮机叶片的损坏，将SG水位控制在合理的位置是十分重要的。非线性、高复杂性、时变、“膨胀”和“收缩”现象以及非最小相位等特性致使SG水位控制成为一直以来的难题。因此，控制蒸汽发生器水位非常重要而且是非常必要的，对蒸汽发生器水位控制的研究是非常有价值的。
　　 本文研究了基于经典PID控制和鲁棒H∞控制的蒸汽发生器水位控制方法。首先结合SG水位模型，对SG水位存在的“虚假水位”现象进行了分析，并分别仿真分析了蒸汽流量和给水流量对水位的影响。根据SG水位控制难点设计了单PID水位控制器、串级PID水位控制器和双PID水位控制器，并通过蒸汽流量变化仿真对设计的水位控制系统进行验证。之后，应用鲁棒控制理论，分别采用线性时不变系统理论和线性参数变化理论方法研究了蒸汽发生器水位系统的状态反馈H∞控制方法，并采用线性矩阵不等式方法，分别设计了全局状态反馈H∞控制器和分段状态反馈H∞控制器，并通过仿真验证了控制器的设计能够保证SG水位控制系统的稳定性和H∞性能指标。最后将PID控制器与两种分段状态反馈H∞控制器结合，在保证水位控制稳定性和性能指标的基础上实现SG水位的更有效控制。
　　 本文运用MATLAB软件设计了SG水位控制系统，并进行了系统的Simulink仿真，用S-函数编写了SG水位的线性参数变化模型，在仿真过程中模型参数根据功率的变化而改变，使水位仿真更加贴近水位实际变化情况。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1背景

1.2研究现状

1.3本文研究方法和主要内容

第2章MATLAB软件介绍

2.1 MATLAB简介

2.2 SIMULINK模型

2.2.1 SIMULINK模型概念

2.2.2 SIMULINK模块库

2.2.3系统模块建立

2.2.4自定义模块

2.2.5 S-函数

2.3 LMI工具箱介绍

2.4本章小结

第3章蒸汽发生器水位特性分析

3.1蒸汽发生器的工作原理

3.2蒸汽发生器液位数学模型

3.3蒸汽发生器水位特性分析

3.3.1蒸汽流量变化对水位的影响

3.3.2给水流量变化对水位的影响

3.3.3给水温度变化对水位的影响

3.4本章小节

第4章蒸汽发生器水位PID控制系统设计

4.1 PID控制

4.1.1 PID控制原理

4.1.2 PID控制器的参数整定

4.2 SG水位模型的状态空间表达式

4.3蒸汽发生器水位PID控制

4.3.1 SG单PID控制

4.3.2 SG水位串级PID控制

4.3.3 SG水位双PID控制

4.4本章小结

第5章基于LTI方法的SG水位控制

5.1状态反馈H∞控制

5.2 LTI系统状态反馈H∞控制

5.2.1 LTI系统全局状态反馈H∞控制

5.2.2 LTI系统分段状态反馈H∞控制

5.3 PID和LTI状态反馈H∞的组合控制

5.4本章小结

第6章基于LPV系统的SG水位控制

6.1 LPV系统理论简介

6.1.1线性参数变化系统模型

6.1.2 LPV系统状态反馈H∞控制

6.2 LPV系统状态反馈H∞控制器

6.2.1 LPV系统的全局状态反馈H∞控制

6.2.2 LPV系统的分段状态反馈H∞控制

6.3 PID和LPV状态反馈H∞的组合控制

6.4本章小结

结论

参考文献

致谢