小堆的應(yīng)用相對大型壓水堆更具有靈活性,需要考慮在并網(wǎng)和孤島運(yùn)行下的負(fù)荷變動需求,然而棒速控制下的冷卻劑平均溫度被控系統(tǒng)是非自衡系統(tǒng),且具有較強(qiáng)的剛性、開環(huán)不穩(wěn)定性以及復(fù)雜的非線性。本文設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)型動態(tài)矩陣控制器（DMC）。該控制器拓寬了傳統(tǒng)預(yù)測控制的適用范圍,克服了該算法的適用局限性。通過與程序單元控制以及比例積分（PI）控制進(jìn)行對比,驗(yàn)證了改進(jìn)型DMC預(yù)測控制下的冷卻劑平均溫度系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差更小,響應(yīng)速度更快,具有更好的跟蹤性能。 

【文章來源】：核動力工程. 2020,41(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

棒速變化對比圖Fig.5ComparisonofRodSpeed

下的預(yù)測輸出mT并用于下一步的實(shí)時(shí)控制，整個(gè)DMC算法由預(yù)測值計(jì)算、滾動優(yōu)化以及反饋矯正循環(huán)交替進(jìn)行。2.2棒速信號求解由于冷卻劑平均溫度為非自衡被控對象，上述控制量u僅為作用于自衡化模型的間接輸入信號，因此還需求解出直接作用于控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)的實(shí)際棒速控制信號cu：cmututKTtmutTt（14）在每一次求得預(yù)測控制量u后，由式（14）可得控制棒cu，完成棒速輸入下的冷卻劑平均溫度改進(jìn)型預(yù)測控制器的設(shè)計(jì)�？刂葡到y(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。3仿真分析本文基于MATLAB仿真平臺，搭建棒速輸入下的小堆冷卻劑平均溫度改進(jìn)型DMC算法控制回路，并通過與PI控制器以及棒速程序單元控制器的控制效果進(jìn)行對比，檢測文中所提出的非自衡系統(tǒng)預(yù)測控制器的控制效果。由式（6）的求解結(jié)果，堆芯滿功率運(yùn)行狀態(tài)下，冷卻劑平均溫度初始值mT0為243.3℃。在t0s給定冷卻劑平均溫度階躍設(shè)定值msT為246.3℃。PI控制器的相關(guān)參數(shù)取值為kp=0.1，ki=0.2。棒速程序控制單元是依據(jù)核電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)所規(guī)定的，基于冷卻劑溫度偏差變化下的控制棒棒速運(yùn)行曲線[1]。運(yùn)行曲線圖如圖4所示。圖4棒速程序單元運(yùn)行曲線Fig.4OperationCurveforRodSpeedProgramUnit啟動MATLAB仿真后，3種控制方法的控制效果對比如圖5~圖8所示。其中cu的變化趨勢對比見圖5，fT的變化趨勢對比見圖6，cdT的變化趨勢對比見圖7，mT的變化趨勢對比見圖8。由仿真曲線可知，3種控制方式下的堆芯各區(qū)域平均溫度均未超過安全限值，且預(yù)測控制下冷卻劑?

潘瑾宜等：小型模塊化反應(yīng)堆冷卻劑平均溫度的預(yù)測控制方法67圖6燃料平均溫度對比圖Fig.6ComparisonofAverageFuelTemperature圖7包殼平均溫度對比圖Fig.7ComparisonofAverageTemperatureofCladding圖8冷卻劑平均溫度對比圖Fig.8ComparisonofAverageCoolantTemperature到達(dá)穩(wěn)定。由于死區(qū)的存在，棒速程序控制下冷卻劑平均溫度有大約0.56℃的穩(wěn)態(tài)誤差。結(jié)果表明將DMC算法應(yīng)用于冷卻劑平均溫度系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)，能夠較為快速、穩(wěn)定地恢復(fù)到設(shè)定值，消除了系統(tǒng)誤差，有效縮短了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，在一定程度上改善了系統(tǒng)的控制性能。4結(jié)束語本文對棒速輸入下的冷卻劑平均溫度被控系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，然后針對棒速輸入下的非漸進(jìn)穩(wěn)定的冷卻劑平均溫度被控系統(tǒng)設(shè)計(jì)了改進(jìn)型DMC預(yù)測控制器。通過引入間接輸入信號以及反饋環(huán)節(jié)，對DMC預(yù)測控制器進(jìn)行改進(jìn)，拓寬了DMC算法的適用范圍。最后通過與經(jīng)典PI控制器和棒速程序單元的控制效果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的改進(jìn)型預(yù)測控制器對小堆冷卻劑平均溫度具有良好的控制效果。在冷卻劑升溫調(diào)節(jié)過程中，加入DMC預(yù)測控制器的冷卻劑平均溫度被控系統(tǒng)的響應(yīng)速度更快，對冷卻劑平均溫度設(shè)定值的跟蹤能力更強(qiáng)。由于小堆通常具有內(nèi)置控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)，還可以考慮小堆控制棒的實(shí)際運(yùn)動規(guī)律對冷卻劑平均溫度的影響，以完善后續(xù)的研究。參考文獻(xiàn)：[1]俞赟.模型預(yù)測控制在核電站堆芯溫度控制中的應(yīng)用研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2011.[2]錢虹，金蔚霄.基于多模型動態(tài)矩陣預(yù)測的冷卻劑平均溫度控制[J].熱力發(fā)電，2015(11):98-103.[3]鄒濤，劉紅波，李少遠(yuǎn).鍋爐汽包水位非自衡系統(tǒng)的預(yù)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于多模型動態(tài)矩陣預(yù)測的冷卻劑平均溫度控制[J]. 錢虹,金蔚霄.  熱力發(fā)電. 2015(11)
[2]鍋爐汽包水位非自衡系統(tǒng)的預(yù)測控制[J]. 鄒濤,劉紅波,李少遠(yuǎn).  控制理論與應(yīng)用. 2004(03)
[3]非自衡對象的預(yù)測控制[J]. 張政江,皮道映,孫優(yōu)賢.  浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2001(03)
[4]一個(gè)新的求解點(diǎn)堆中子動力學(xué)方程組的數(shù)值方法[J]. 陳昌友.  核科學(xué)與工程. 1998(04)

碩士論文
[1]模型預(yù)測控制在核電站堆芯溫度控制中的應(yīng)用研究[D]. 俞赟.華北電力大學(xué)（北京） 2011



本文編號：3047009