加拿大超临界水冷堆的多变量鲁棒前馈/反馈控制系统设计

摘要

超临界水堆（Supercritical Water-Cooled Reactor,SCWR）是第四代新型核能系统中唯一的水冷堆，具有热效率高、系统结构简单、安全性好、燃料利用率高等特点，因而其在经济性、工程技术延续性以及可持续性等方面有着诸多优势。加拿大致力于开发基于坎杜堆作为第四代超临界水堆，并对超临界水的流动和传热进行了大量的基础研究。在系统控制方面，由于以超临界水做冷却剂和采用一次侧冷却剂直接循环系统，加拿大SCWR的动态性能和CANDU堆有极大的不同，因而有必要针对加拿大SCWR系统设计出一套全新的控制系统。
　　由于冷却剂在反应堆内不经过沸腾而直接变成蒸汽驱动汽轮机，加拿大 SCWR系统的蒸汽温度、反应堆功率和主蒸汽压力之间的存在很强的耦合性，尤其蒸汽温度对反应堆功率扰动极为敏感，因而系统建模过程中不可避免地引入的不确定性因素会对整个反应堆系统产生较大影响，这就使得控制系统设计变得困难。本文以加拿大SCWR三输入-三输出系统模型为研究对象，首先对系统模型进行不确定性分析并得到三种不确定性量：未建模不确定性，线性化不确定性和线性模型简化不确定性，然后在此基础上采用??综合法得到多变量鲁棒控制，最后通过最小二乘法优化系统的前馈扰动补偿和对开环系统的增益调整分析得到系统的前馈控制部分，将其加入到鲁棒反馈控制系统中进一步提高系统的性能响应。通过和传统控制系统的仿真对比，结果表明：所设计的多变量鲁棒前馈/反馈控制器能在系统不确定性条件下实现对系统的稳定控制，并使系统的响应特征满足设计要求。
　　本文在控制系统设计过程中考虑不确定性因素，与传统控制相比，所得的控制系统不仅具有更强的抗干扰能力，而且实现了对强非线性系统-加拿大SCWR的大范围工况控制，所获得的控制结果和设计过程，对SCWR系统的控制和运行具有一定的参考价值。

目录

声明

1 绪论

1.1 背景

1.2 超临界水

1.3 超临界水冷堆

1.4 超临界水冷堆控制系统设计研究现状

1.5 论文的结构及主要内容

2 加拿大SCWR的动态模型

2.1 加拿大SCWR系统介绍

2.2 加拿大SCWR非线性动态模型

2.3 加拿大SCWR线性动态模型

3 系统不确定性

3.1 不确定性来源

3.2 不确定性量化分析

4 鲁棒控制原理

4.1 鲁棒控制基本概念

4.2 鲁棒控制问题

5 多变量鲁棒前馈/反馈控制系统合成

5.1 鲁棒反馈控制系统合成

5.2 前馈控制系统设计

6 加拿大SCWR鲁棒控制系统仿真分析

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著

致谢