蒸汽发生器水位控制系统仿真研究

论文摘要

蒸汽发生器是连接压水堆一、二回路的重要热交换设备,被称为一、二回路的枢纽。蒸汽发生器的主要功能是把一回路冷却剂从反应堆堆芯带走的热量经蒸汽发生器管壁传给二回路中的水,使之产生蒸汽,带动汽轮机作功。蒸汽发生器水位的高低直接影响出口蒸汽的品质和蒸发器的安全。因此,对蒸汽发生器水位的控制问题进行深入研究具有重要意义。蒸汽发生器水位控制对象具有明显的非线性和时变特性,难以获得系统的精确数学模型,特别是动态过程中存在的“虚假水位”现象使蒸汽发生器水位控制成为一个难题,采用传统PID控制方法有时并不能得到令人满意的效果。模糊控制技术不依赖于数学模型,具有较强的鲁棒性,适于蒸汽发生器水位的控制。在分析蒸汽发生器运行原理的基础上,本文提出了一种带监督项的模糊前馈-串级水位控制策略。该控制系统主控制器为FUZZY-I混合控制器,模糊主控制器的输入为水位偏差及偏差变化,实现水位的准确、快速控制,积分控制器的引入是为了消除稳态误差。模糊副控制器的输入为给水流量设定值与实测值的偏差,实现对控制量（给水流量）自身扰动的快速响应。同时引入模糊前馈环节,实现对可测干扰（蒸汽流量）的前馈补偿控制。最后通过考虑系统中非最小相位环节的影响,引入压力偏差监督控制环节,从而自动调整主模糊控制器控制作用的权重,以抑制控制对象的非最小相位特性对控制系统的影响。将本文提出的控制策略应用于某一具体蒸汽发生器水位对象,并作了仿真试验。试验结果表明,在水位扰动、给水扰动、负荷扰动等各种条件下,所设计的模糊前馈-串级水位控制系统可有效控制蒸汽发生器的水位,无静态偏差,超调量小,优于传统前馈-串级PID水位控制系统,是一种有效的控制方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概论
• 1.2 论文选题的背景及意义
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.3.1 基于经典控制理论的水位控制
• 1.3.2 基于现代控制理论的水位控制
• 1.3.3 蒸汽发生器水位智能控制方法
• 1.4 本论文的主要工作
• 2 蒸汽发生器动态特性及水位模型
• 2.1 蒸汽发生器概述
• 2.1.1 蒸汽发生器的发展
• 2.1.2 蒸汽发生器的分类
• 2.1.3 立式U 型管自然循环蒸汽发生器
• 2.2 蒸汽发生器水位传递函数
• 2.3 水位动态特性仿真
• 2.4 本章小结
• 3 蒸汽发生器的前馈-串级水位控制系统
• 3.1 前馈控制系统
• 3.1.1 前馈控制的工作原理
• 3.1.2 前馈-反馈控制系统
• 3.1.3 蒸汽发生器前馈-反馈水位控制系统分析
• 3.2 串级控制系统
• 3.2.1 串级控制系统的结构及相关概念
• 3.2.2 水位串级控制系统设计原则
• 3.2.3 水位串级控制系统主、负控制器控制规律的选择
• 3.3 前馈-串级控制系统
• 3.4 本章小结
• 4 蒸汽发生器模糊前馈-串级水位控制系统设计
• 4.1 模糊控制简介
• 4.1.1 模糊控制的发展
• 4.1.2 模糊控制原理
• 4.2 带监督项的模糊前馈-串级控制系统设计
• 4.2.1 模糊主控制器FC1 的设计
• 4.2.2 模糊前馈控制器FC2 的设计
• 4.2.3 模糊副控制器FC3 的设计
• 4.2.4 模糊监督控制器FC4 的设计
• 4.3 低负荷时蒸汽流量的估算
• 4.4 论域、量化因子和比例因子的确定
• 4.5 本章小结
• 5 仿真试验
• 5.1 仿真模型
• 5.2 仿真试验
• 5.2.1 5%负荷时控制系统动态仿真试验
• 5.2.2 15%负荷时控制系统动态仿真试验
• 5.2.3 30%负荷时控制系统动态仿真试验
• 5.2.4 50%负荷时控制系统动态仿真试验
• 5.2.5 100%负荷时控制系统动态仿真试验
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录