模型预测控制在核电站堆芯温度控制中的应用研究

摘要

在实际的工业过程中，很多被控对象都具有约束条件，大范围工况下呈现非线性的特点，采用传统控制方法难以实施有效控制。随着核电事业的飞速发展和人们对核安全问题的关注，核电厂对于安全控制和有效控制的要求越来越高。
　　 本课题通过对压水堆核电厂工作原理的分析，分析了反应堆各个相关系统的机理模型，结合美国三里岛1000MW压水堆机组的运行数据给出了堆芯温度控制的集总参数非线性模型。最后，针对堆芯温度控制问题，详细讨论了控制棒动作的约束问题。通过对模型预测控制理论的研究，针对堆芯温度控制难题，设计了基于状态空间的模型预测约束优化控制策略，并在不同工况点进行了仿真研究。详细介绍了采用模糊机理进行反应堆堆芯模型的非线性系统建模，得出了基于模糊模型的全局状态空间模型，将单个工况点的模型预测控制和大工况的模型预测控制进行比较，得出了大工况的模型预测控制可以更好的反映系统的动态特性的结论。在研究了控制器加权多模型预测控制方法基础之上，对大工况变化的堆芯温度控制系统进行了仿真研究。仿真结果证明，这种对模型结构变化没有特别的限制，在线计算各独立控制器输出的权重，不需要对被控对象进行在线动态辨识的MMPC方法，具有很好的控制品质。
　　 综上所述，本文研究了单工况点堆芯温度的模型预测控制方法，建立了一种实用的多工况堆芯温度控制建模方法，研究了变工况条件下堆芯温度的多模型预测控制系统，对优化反应堆温度控制具有一定意义。