基于QFT的SG水位调节鲁棒控制器的设计与仿真

摘要

作为核电站一回路、二回路的枢纽，蒸汽发生器的主要功能是将反应堆产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧，产生蒸汽推动汽轮机做功。蒸汽发生器水位的高低直接影响出口的蒸汽品质和蒸汽发生器的安全。因此，控制蒸汽发生器的水位是非常重要的，对蒸汽发生器水位进行控制方面的研究是非常有意义的。
　　 由于蒸汽发生器具有高度的非线性、时变特性，系统参数随功率水平变化很大，特别是在低功率运行时，系统存在严重的“假水位”现象，致使蒸汽发生器的水位控制成为一个难题，而传统的PID控制方法有时不能取得令人满意的效果，而先进控制理论往往难以在实际中应用。定量反馈理论(QFT)从工程应用角度出发，将对象的不确定范围和系统的性能指标形成边界，在边界内设计控制系统，具有较强的鲁棒性，适用于蒸汽发生器水位的控制。
　　 本文针对蒸汽发生器水位的特点，设计了一种基于定量反馈理论的蒸汽发生器水位调节的鲁棒控制器。在介绍定量反馈理论的一般原理与设计方法基础上，针对蒸汽发生器水位的对象模型及其控制要求，首先通过蒸汽发生器的水位模型得到QFT设计的对象模板，然后通过作图方法得到鲁棒稳定裕度，再通过蒸汽发生器水位控制的指标要求得出各个边界条件。将这些边界绘制在Nichols图上形成复合边界图，在复合边界图上进行回路整定，使其满足各个边界条件，设计出控制器。
　　 最后，将本文设计的控制方法进行仿真调试，对象为某一具体蒸汽发生器水位对象。试验结果表明，在蒸汽扰动、给水扰动等条件下，本文所设计的控制器可以有效的对蒸汽发生器水位进行控制，具有超调量小，无静态偏差等优点，优于传统的前馈-串级PID水位控制系统，是一种有效的控制方法。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 概论

1．2 选题背景及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 对传统PID方法的改进

1．3．2 基于现代控制理论的水位控制

1．3．3 蒸汽发生器水位智能控制方法

1．4 本论文的主要工作

第2章 蒸汽发生器动态特性及其水位模型

2．1 蒸汽发生器概况

2．1．1 蒸汽发生器发展概况

2．1．2 蒸汽发生器分类

2．1．3 立式U形管蒸汽发生器

2．2 蒸汽发生器水位过程的影响因素

2．2．1 负荷变化对蒸汽发生器水位的影响

2．2．2 蒸汽流量变化对蒸汽发生器水位的影响

2．2．3 给水流量变化对蒸汽发生器水位的影响

2．3 蒸汽发生器水位数学模型

2．4 水位动态特性仿真分析

2．5 本章小结

第3章 定量反馈理论

3．1 定量反馈理论概述

3．2 QFT设计原理和设计步骤

3．2．1 QFT的设计结构

3．2．2 QFT的对象模板及其频率选择

3．2．3 QFT的性能指标及其边界

3．2．4 QFT的复合边界

3．2．5 QFT的反馈控制器的设计

3．2．6 QFT的前置滤波器的设计

3．2．7 QFT设计结果的分析验证

3．3 LTI／SISO系统QFT设计小结

3．4 本章小结

第4章 基于QFT的SG水位控制器的设计与仿真

4．1 SG水位QFT控制系统设计的模板

4．2 SG水位QFT控制系统设计的边界生成

4．2．1 鲁棒稳定边界

4．2．2 跟踪边界

4．2．3 抗输出干扰边界

4．2．4 复合边界

4．3 控制器的设计

4．4 控制系统的仿真模型

4．5 仿真试验

4．5．1 30％负荷时的系统仿真试验

4．5．2 50％负荷时的系统仿真试验

4．5．3 100％负荷时的系统仿真试验

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢