论文题目: 中国先进研究堆数字化自动开堆和功率调节系统的研究和开发
论文类型: 博士论文
论文专业: 核能科学与工程
作者: 曾海
导师: 许汉铭,金华晋
关键词: 中国先进研究堆,自动启动,功率调节,仿真
文献来源: 中国原子能科学研究院
发表年度: 2005
论文摘要: 中国先进研究堆(CARR)是中国原子能科学研究院在21世纪建造的一座轻水冷却,重水慢化的反中子阱型池式多用途研究堆,能引出高通量的中子束流,既可以满足中子散射实验等前沿基础研究的需要,又能满足核工业、国民经济和国防建设的需要,其主要技术性能指标可达到世界先进水平。 自动开堆和功率调节系统承担着控制CARR中子功率水平的任务,是CARR重要的控制系统之一。该系统通过手动或自动控制6根控制棒(2根安全棒,4根补偿棒)的运动,实现对反应堆功率的手/自动控制。到达设定的功率定值后,系统可投入自动调节,克服扰动,维持反应堆稳定运行。 CARR自动开堆和功率调节系统采用数字技术,由计算机完成全部手动和自动功能;系统除具有功率自动调节功能外,还具有反应堆自动启动,以及反应堆功率的自动转换功能;系统必须采取某种运动逻辑使得在任何时候都能维持4根补偿棒棒栅的平衡,各棒基本在同一高度;CARR补偿棒驱动机构首次采用步进电机驱动的电磁驱动装置,该装置存在某些非线性特性,加上CARR本身的物理特性,如控制棒价值大且非线性明显等,这些特点都给CARR自动开堆和功率调节系统提出了新的要求。对系统进行全面的理论和仿真研究,可以得到合适的控制算法和补偿棒运动逻辑,了解环节特性对系统性能的影响,为系统设计提供理论指导和依据。 本论从以下几方面开展了系统的研究工作: 1.本文在广泛调研的基础上,结合CARR的运行要求,确定经典的PID控制作为自动开堆和功率调节系统的控制方案; 2.本文采用数字控制理论对闭环系统进行分析,证明了闭环系统的稳定性,并得到了主要控制参数,如采样周期和比例系数; 3.本文基于Matlab的Simuink仿真平台,建立了闭环系统各环节的仿真模型,这些模型真实地描述了环节的特性: 4.本文提出了2种控制方法,比例控制方法和比例加周期控制方法,建立了基于这两种控制方法的控制器的仿真模型;提出了保持补偿棒棒栅平衡的2种补偿棒运动
论文目录:
第一章 绪论
1.1 课题来源及意义
1.1.1 中国先进研究堆简介
1.1.2 CARR控制保护系统功能及组成
1.2 国内外研究现状
1.2.1 反应堆控制系统数字化研究
1.2.2 先进控制策略的研究
1.2.3 实现自动开堆
1.3 本课题内容及意义
1.3.1 自动开堆和功率调节系统的功能及特点
1.3.2 课题内容
1.3.3 本课题的成果及意义
第二章 控制方案确定及基本理论分析
2.1 系统功能要求
2.2 确定控制方案
2.3 基本理论分析
2.3.1 采样周期的确定
2.3.2 闭环系统稳定性分析
第三章 仿真建模
3.1 堆芯模型
3.1.1 临界堆芯模型
3.1.2 次临界堆芯模型
3.2 温度反馈模型
3.2.1 标准燃料组件传热模型
3.2.2 跟随体燃料组件传热模型
3.2.3 燃料平均温度和冷却剂平均温度计算模型
3.2.4 温度反馈模型
3.3 堆功率测量模型
3.4 反应堆周期倒数模型
3.5 控制器模型
3.5.1 比例控制器模型
3.5.2 比例加周期校正控制器模型
3.6 控制棒运动逻辑模型
3.6.1 补偿棒运动逻辑模型一
3.6.2 补偿棒运动逻辑模型二
3.7 驱动机构模型
3.7.1 步进电机及滚珠丝杠模型
3.7.2 电磁线圈模型
3.8 反应性模型
3.8.1 调节棒价值模型
3.8.2 补偿棒积分价值模型
第四章 稳定性计算和分析
4.1 稳定性计算
4.2 不同采样周期T下的闭环系统性能计算
4.3 不同比例系数K_p下的闭环系统性能计算
4.4 两种控制器的比较计算
4.5 控制器限幅环节的影响
4.6 控制器死区环节的影响
4.7 补偿棒驱动机构非线性特性计算
4.8 两种补偿棒控制逻辑的比较计算
4.9 燃耗引起的补偿棒棒栅上升对闭环系统的影响计算
4.10 反应堆温度负反馈的影响
4.11 第二种补偿棒运动逻辑的进一步研究
4.12 总结
第五章 自动开堆过程仿真研究
5.1 次临界反应堆物理描述
5.2 等棒速提升补偿棒过程仿真
5.3 反应堆启动闭环控制方法研究
5.3.1 比例控制方法
5.3.1 周期校正控制方法
5.4 反应堆功率自动转换仿真研究
5.4.1 反应堆功率自动提升仿真研究
5.4.2 反应堆功率自动下降仿真研究
5.5 全过程仿真计算
5.6 定值器设计
5.6.1 当前功率N_0小于目标功率N_目标
5.6.2 当前功率N_0大于目标功率N_目标
第六章 系统开发
6.1 系统硬件配置
6.2 输入冗余处理
6.3 输出处理
6.4 步进电机输出切换器
6.5 系统控制程序设计
6.6 人机界面设计
第七章 总结
7.1 结论
7.2 对以后工作的意见和建议
参考文献
致谢
附录
1. 攻读博士期间完成的设计工作
2. 攻读博士期间发表的论文
3. 其它工作
发布时间: 2005-12-05
参考文献
- [1].中国先进研究堆冷中子源慢化包含气率及其结构优化研究[D]. 李小明.西安交通大学2005
- [2].中国先进研究堆中子散射谱仪的模拟和优化研究[D]. 郭立平.中国原子能科学研究院2003
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- [5].新型核动力推进装置堆芯系统研究[D]. 刘涛.哈尔滨工程大学2004
- [6].中国实验快堆设计阶段内部事件一级概率安全评价[D]. 杨红义.中国原子能科学研究院2004
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- [8].核电厂反应堆堆芯物理在线仿真系统研究[D]. 赵强.哈尔滨工程大学2006
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