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基于数字化仪控技术的核动力装置协调控制器的设计

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核动力装置是一多输入多输出、非线性、时变的复杂系统,其控制器通常采用基于模拟仪控的PID控制器来实现,系统参数易超调且响应时间较长.为改善核动力装置运行的动态品质和减小其系统的过渡时间,本文提出了在数字化仪控系统上实现专家系统和原控制器结合的协调控制器及其策略.为验证核动力装置协调控制技术及其策略,本文以1台全范围核动力装置模拟器为研究平台测试了协调控制技术.测试结果表明:基于数字化仪控技术来实现协调控制是可行的,协调控制器能有效改善核动力装置的动态运行特性,且协调控制器控制性能优于传统的PID控制器.

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901．48，Suppl．

原子能科学技术

第48卷增刊

2014年10月

Oct．2014

Science and

Atomic

Energy

Technology

基于数字化仪控技术的

核动力装置协调控制器的设计

强，邓祥鑫

(哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室，黑龙江哈尔滨

成守宇，彭敏俊，刘新凯，赵

150001)

摘要：核动力装置是一多输入多输出、非线性、时变的复杂系统，其控制器通常采用基于模拟仪控的PID

控制器来实现，系统参数易超调且响应时间较长。为改善核动力装置运行的动态品质和减小其系统的

过渡时间，本文提出了在数字化仪控系统上实现专家系统和原控制器结合的协调控制器及其策略。为

验证核动力装置协调控制技术及其策略，本文以1台全范围核动力装置模拟器为研究平台测试了协调

控制技术。测试结果表明：基于数字化仪控技术来实现协调控制是可行的，协调控制器能有效改善核动

力装置的动态运行特性，且协调控制器控制性能优于传统的PID控制器。

关键词：核动力装置；数字化仪控；协调控制；PID控制器

05'76 06

6931(2014)so

文章编号：1000

中图分类号：TP353

文献标志码：A

doi：10．7538／yzk．2014．48．so．0576

in Nuclear Power Plant

Controller

Coordinated

Design

Instrument&Control

Based on

Technology

Digital

xin

CHENGShou

Min

Xin—kai，ZHAO Qiang，DENG Xiang

jun，LIU

yu，PENG

Science on Nuclear

andSimulation

Laboratory，

(FundarnentaI

Harbin

Safety

Technology

150001，China)

Engineering University，Harbin

and

linear

muhi

input&muhi output，no

Abstract：Nuclear

power plant(NPP)is

used in NPP

PID controller is

conventional

usually

time

varying complex system．The

which iS based on

are

easy

instrument．The

contr01

system parameters

analog

system

the conventional PID．

which is based

strategy

time is

in the control mode of

overshoot and the

response

longer

control

this

newcoordinated

In order to imDrove

condition，a

controllers

in the

instrument&control

and the

technology

control tech

coordinated

exDert svstem

digital

original

and validate

verify

real time simulation

the full

scope

was Dresented．In order to

it，the

proposed

system．The

resuhs

that

prove

was tested

n0109v

using

feasi

achieve coordinated controller is

instrument&control

technology

digital

character

the

coordinated controller can

ble，the

effectively improve

controller is

dynamic operating

to the conventional

superior

PID

istics of the svstem，and the coordinated

08 08

收稿日期：2014

31；修回日期：2014

基金项目：国防基础研究项目资助(B2420110010)

作者简介：成守宇(1979一)，男，重庆人，助理研究员，博士研究生，从事核动力装置控制、运行与仿真研究

万方数据

577

增刊

成守宇等：基于数字化仪控技术的核动力装置协调控制器的设计

controller in control

performance．

words：nuclear

Key

power plant；

PID controller

核动力装置(NPP)是一多输入多输出、非

通常选用分解协调方法来加以解决复杂大系

统的控制问题。分解是指将复杂大型系统划分

为一系列的子系统，并以此达到对各子系统的

优化控制。协调是根据大型复杂系统和设备完

成的任务目标和功能，合理调整各子系统和相

应设备的关系，使整个系统调整得更和谐。实

现其控制思想最普遍的形式是一递阶结构。在

分级结构(即递阶结构)的控制系统中，每个子

系统处于不同层次中并具有不同的功能，基本

结构如图1所示[2。]。

线性、时变的复杂系统，目前其控制系统常采用

基于模拟仪控技术的传统PID控制器。传统

PID控制器是工业控制中历史最久、生命力最

强的一种控制器，具有结构简单、调整参数少、

鲁棒性强等优点口]。它对线性定常系统的控制

非常有效，但对非线性、时变的复杂系统，控制

效果一般，尤其是在大幅度改变工况下，被调对

象的参数易超调且稳定时问长，系统的动态品

质较差。核动力装置为了保证良好的机动性，

必须具备大幅度和快速升降负荷的功能，大幅

度和快速升降负荷使核动力各子系统和设备的

参数大幅变化，从而不利于系统和设备的运行

并影响整个系统的正常运行，严重时还会对核

动力装置的安全性提出挑战，这是核动力装置

所不允许的。为进一步改善整个核动力装置的

控制系统，本文提出在数字化仪控系统上实现

专家系统和原控制器结合的协调控制器及其策

略，并针对反应堆堆功率控制、稳压器压力控

制、蒸汽发生器给水控制、冷凝器控制等进行协

调控制器的设计。为验证本文提出的技术可行

性，本文以全范围核动力装置模拟器为研究平

台测试提出的协调控制技术。

数字化仪控系统(DCS)基于分布式计算机

控制系统，该系统是分级和分层的，其控制器由

计算机或数字微处理器实现。本文提出的基于

DCS技术的核动力装置协调控制系统结构如

图2所示。基于DCS技术的核动力装置控制

系统分为3层(过程信息处理层、控制层、现场

层)，各层分别与协调控制器的协调控制级、现

场控制级、控制对象对应。协调控制器是整个

控制系统的核心，协调控制器根据机组状态和

操纵员的指令来决策和协调各子系统的控制任

务；现场控制级的控制器处理协调控制器的指

令和原控制模式的程序，现场控制级控制器合

理地对执行机构发送控制指令。根据核动力装

置运行工况的要求，协调控制器接收外界设定

指令包括主冷却剂平均温度、汽轮机负荷、汽轮

机控制模式、反应堆控制模式等信号，然后协调

控制器根据专家知识库和智能算法库来协调匹

配机组运行参数。考虑到核动力装置的安全

核动力装置协调控制技术研究

1．1协调控制方案

协调控制是用来解决由许多相关子系统组

成的大型复杂系统的一种控制策略。协调控制

上层协调控制器

l上层协调级

／／

＼＼

协调控制器

l协调级

∥心

现场控制器l

l现场控制器l

l现场控制器

l现场控制级

被控制物体

图1分级结构的控制系统示意图

Schematic

control

hiberarchy system

Fig．1

diagram

万方数据

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