【摘要】：蒸汽發(fā)生器是產(chǎn)生汽輪機(jī)所需蒸汽的換熱設(shè)備,在能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中,蒸汽發(fā)生器既是一回路設(shè)備,也是二回路設(shè)備,所以被稱為一、二回路的樞紐。由于蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)本身具有非線性、高復(fù)雜性、非最小相位,以及“膨脹”和“收縮”現(xiàn)象使得蒸汽發(fā)生器水位控制變得非常困難。目前CPR1000核電廠中蒸汽發(fā)生器水位的控制方法是傳統(tǒng)的串級(jí)PID控制,這種控制方法難以滿足核動(dòng)力裝置瞬態(tài)情況下的自動(dòng)控制要求,因此本文考慮將魯棒H∞控制方法應(yīng)用到蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。本文將CPR1000核電廠的蒸汽發(fā)生器水位數(shù)學(xué)模型與線性參數(shù)變化(Linear Parameter Varying, LPV)理論相結(jié)合,研究了魯棒H∞控制問(wèn)題。首先,建立仿射LPV水位模型,對(duì)此蒸汽發(fā)生器水位模型的“虛假液位”現(xiàn)象進(jìn)行分析。其次,設(shè)計(jì)了單PID控制器、雙PID控制器,以及串級(jí)PID控制器,仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的PID控制器對(duì)水位控制的有效性。然后基于LPV理論,利用魯棒控制理論設(shè)計(jì)了分段狀態(tài)反饋凰控制器和分段輸出反饋H∞控制器,仿真結(jié)果驗(yàn)證了這兩種控制器能夠有效地控制蒸汽發(fā)生器水位,并且滿足一定的性能指標(biāo)。為了提高控制性能,設(shè)計(jì)了分段狀態(tài)反饋H∞控制器與PID結(jié)合的復(fù)合控制器。最后,通過(guò)計(jì)算所設(shè)計(jì)的蒸汽發(fā)生器水位控制器的均方誤差(Mean Square Error,簡(jiǎn)稱MSE)性能指標(biāo)值和最大超調(diào)量(Maximum Overshoot,簡(jiǎn)稱MO)性能指標(biāo),對(duì)控制器的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
【圖文】：

型有壓水反應(yīng)堆、沸水反應(yīng)堆、重水反應(yīng)堆等堆型。在商用的核電廠中用的比較多的逡逑是壓水反應(yīng)堆。壓水堆核動(dòng)力裝置主要由兩個(gè)回路系統(tǒng)組成，即一回路系統(tǒng)和二回路逡逑系統(tǒng)。其原理流程如圖１．１。逡逑汽輪機(jī)進(jìn)氣《逡逑（（＂＾邋＿＿逡逑二目路系統(tǒng)邐ＩＬ—－逡逑ｆ汽輪機(jī)逡逑蒸汽發(fā)生器邐拾＾刺《邐＾邋１逡逑控制樣及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)邐邐ｉ＝ｗ＝？＼邐邐？邋Ｉ逡逑邐邋ｙ邐冷凝器逡逑Ｊ１邋—邐ＬＪ廣逡逑＾邐｜｜邐邐邋給水泵逡逑＝ＵＪＩ——逡逑反應(yīng)堆Ｉ邐一回路系統(tǒng)逡逑Ｖ邐／邐主邐）逡逑圖１．１壓水堆核動(dòng)力裝置流程簡(jiǎn)圖逡逑一回路系統(tǒng)由主循環(huán)泵、蒸汽發(fā)生器（Ｓｔｅａｍ邋Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＳＧ）、穩(wěn)壓器、管道以及逡逑閥門組成。反應(yīng)堆堆芯通過(guò)裂變反應(yīng)產(chǎn)生出大量的熱量傳遞給主冷卻劑，冷卻劑被主循逡逑環(huán)泵送到蒸汽發(fā)生器內(nèi)，，熱量通過(guò)蒸汽發(fā)生器的Ｕ型管管壁被傳遞給二回路水，冷卻之逡逑后再由主循環(huán)泵送回到反應(yīng)堆內(nèi)，如此循環(huán)往復(fù)。逡逑二回路系統(tǒng)是將蒸汽的熱量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或者電能的裝置。二回路系統(tǒng)主要由汽輪逡逑機(jī)、汽水分離器、冷凝器、給水泵、給水加熱器、除氧器等設(shè)備及相應(yīng)的管道、閥門組逡逑成。二回路的給水在蒸汽發(fā)生器內(nèi)吸收一回路冷卻劑傳給的熱量后變成蒸汽，然后進(jìn)入逡逑汽輪機(jī)做功，最終的乏汽全部進(jìn)入冷凝器中凝結(jié)成水，然后經(jīng)過(guò)低壓加熱器，除氧器，逡逑最終由給水泵送到高壓加熱器，之后再返回到蒸汽發(fā)生器換熱，這樣就構(gòu)成二回路的密逡逑閉循環(huán)［６］。逡逑２逡逑

（１）水位對(duì)蒸汽流量階躍變化的響應(yīng)逡逑由圖２．１邋（ａ）可以看出水位對(duì)蒸汽流量階躍變化的響應(yīng)，當(dāng)蒸汽流量階躍增加時(shí)，水逡逑是先上升后下降，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因如下，當(dāng)蒸汽負(fù)荷不斷的增加時(shí)，ＳＧ的蒸汽逡逑力會(huì)快速下降的。那么在上升通道中將會(huì)有越來(lái)越多的汽泡產(chǎn)生，這將使得循環(huán)水的逡逑環(huán)流動(dòng)的阻力增加，從而使循環(huán)的流量減小，之后給水將會(huì)在下降通道的上部空間積逡逑，這樣就會(huì)使得水位上升。另一個(gè)原因是蒸汽發(fā)生器流量突然增加，會(huì)使再循環(huán)流量逡逑加，那么下降通道環(huán)形空間水位將會(huì)上升。逡逑由于上述的兩個(gè)原因，我們觀察到水位迅速上升的現(xiàn)象。通常我們稱這一現(xiàn)象為“水逡逑膨脹”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象一般會(huì)出現(xiàn)在水位調(diào)節(jié)器作用之前，過(guò)渡過(guò)程之后，蒸汽流量逡逑大于給水流量，從而水位會(huì)逐漸下降。逡逑（２）水位對(duì)給水流量階躍變化的響應(yīng)逡逑如圖２．１邋（ｂ）所示，當(dāng)給水流量階躍增加時(shí)，水位先是稍有上升，然后又降低，后逡逑又恢復(fù)上升，這種現(xiàn)象通常叫作“水位收縮”現(xiàn)象。這是由于給水流量突然增加，ＳＧ逡逑
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM623

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2711001