[发明专利]核电站堆功率调节系统的状态空间分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核电站反应堆工程的控制方法，特别涉及一种核电站堆功率调节系统的状态空间分析方法。

背景技术

近年来，随着核电在我国能源结构中所占比例的逐年增加,我国核电工业已步入快速发展阶段。堆功率调节系统是核电站反应堆控制的核心环节,其对核电站安全经济运行，参与电网调峰都具有重要意义。在核电站运行过程中，研究堆功率控制系统的主要作用是确保反应堆中子通量密度在设定值上运行，实现反应堆功率自动跟随负荷变化,并且其超调量、调节时间、稳态误差等各动态性能指标应满足运行要求。

核反应堆中子动力学系统严格地说是一个带有诸多不确定干扰因素的分布参数系统，核反应堆控制棒系统分别参见图1。这些不确定性因素的影响都可能导致堆功率控制系统的控制特性变差。因此，设计的堆功率控制器在保证具有良好的动态响应特性的同时，还必须具有良好的鲁棒性，保证系统在非工作点处运行时的稳定性和过渡过程中的动态特性。

目前,大多数核电站所采用的堆功率中子通量密度恒值问题的控制方法,主要是利用近似线性化所得到的传递函数模型来设计PID控制器。但是由于模型的精度较差，因而控制的效果也不太理想。另一方面，由于很难得到堆功率中子动力学系统的精确模型，因而也很难采用精确的非线性反馈控制。

发明内容

本发明是针对核反应堆中子动力学系统属带有诸多不确定干扰因素的分布参数系统，造成现有核电站堆功率控制方式在维持反应堆中子通量密度在设定值上运行控制效果不理想；控制系统鲁棒性较差的问题，提出了一种核电站堆功率调节系统的状态空间分析方法，能够有效地抑制了堆功率系统的控制量，且跟踪调节性能好，鲁棒性强，有一定的抗干扰能力。

本发明的技术方案为：一种核电站堆功率调节系统的状态空间分析方法，包括如下具体步骤：

1）构建核电站堆功率调节系统的数学模型，对系统各部分进行数学建模，构建调节系统的数学模型，建立广义被控对象数学模型；

2）将广义被控对象数学模型中广义传递函数方程转换为状态空间模型，判断系统的能控性，配置闭环系统期望极点，构造系统状态反馈矩阵，状态反馈是将系统的状态变量乘以相应的反馈系数，然后反馈到输入端与参考输入叠加形成控制变量，作为受控系统的输入；

3）广义被控对象数学模型中出现零点，在状态空间模型的基础上增加一个PID反馈回路，采用状态反馈加PID的复合控制结构。

所述步骤1）中堆功率调节系统数学模型，包括功率控制执行机构和系统测量装置，所述功率控制执行机构依次包括输出接口、步进电机、减速传动结构和控制棒，所述系统测量装置包括反应堆输出功率测量装置、步进电机输出转速测量装置, 系统测量装置实时的检测反应堆的工作状态, 并通过回路反馈到控制器，控制器输出经过隔离放大电路控制步进电机转速。

所述步骤2）中期望极点通过频域设计法的根轨迹图和伯德图获取，根据期望极点构造状态反馈矩阵。如广义被控对象数学模型为n阶系统，最终确定堆功率闭环系统的期望极点为n个，相应的系统反馈矩阵可通过MATLAB控制工具箱中的爱克曼函数acker（）得到。

本发明的有益效果在于：本发明核电站堆功率调节系统的状态空间分析方法，理论清晰，设计步骤简单，能够有效地抑制了堆功率系统的控制量，且跟踪调节性能好，鲁棒性强，有一定的抗干扰能力，在实际工程应用中具有参考价值，且对核电站反应堆参与电网调峰具有十分重要的现实意义。并且此方法具有一般性的意义，适用范围广，控制效果理想，并给针对带有零点的复杂控制对象的控制提供了新的思路。

附图说明

图1为模式G下控制棒系统图；

图2为本发明堆功率调节系统数学模型图；

图3为本发明广义被控对象数学模型图；

图4为本发明状态反馈控制系统图；

图5为本发明堆功率调节系统状态空间分析结构图；

图6为本发明含超前校正的系统根轨迹和伯德图；

图7为本发明状态空间结构输出响应测试图；

图8为本发明状态空间结构的控制量曲线图；

图9为传统PID控制结构的控制量曲线图；

图10为本发明状态空间结构鲁棒性测试图。

具体实施方式