论文摘要
本文主要工作是反应堆的故障诊断和容错控制技术研究，依据所建立的反应堆数学模型并利用所研究的故障诊断和容错控制方法在Visual C++和Matlib开发平台上进行了仿真研究。小型核动力装置，由于投资低，结构尺寸小，预制程度高，有系列生产的潜力，是核动力装置发展的主要方向之一。故障诊断和容错控制主要针对传感器和执行机构进行软件和硬件的冗余设计，以减少对单个部件运动情况的依靠性，在某个传感器和某个执行机构出现故障的情况下，系统仍能工作。能提高控制与保护系统的安全可靠的运行。本文的研究内容分为四个部分，第一部分，将一体化压水堆堆芯的一系列微分方程描述的数学模型转化为状态空间的形式，即对非线性模型进行线性化。数学模型主要包括考虑六组缓发中子的中子动力学模型以及反应堆热工水力模型。对比分析了转化后的数学模型与非线性微分方程的仿真结果，得出了相一致的结论。与此同时，在这部分的最后还详细讨论了描述故障系统的模型的表示方法。第二部分，研究了基于鲁棒特征结构配置的反应堆被动容错控制方法，从仿真结果可以看到，虽然冷却剂平均温度变化在一个稳定值上，但是曲线的超调量比较大，这是由于这种控制方法没有使用故障诊断技术，从而其控制效果有限。在论文的第三部分，引入了基于数学模型的故障两级诊断方法，包括基于卡尔曼滤波器的故障检测和故障定位，从仿真结果看，对于发生了故障的系统利用所研究的故障两级诊断方法能够检测到故障发生的时刻以及故障发生的位置。第四部分，在故障诊断的基础上设计了采用状态反馈控制律重构的控制策略的主动容错控制器，并与前面设计的被动容错控制方法进行了比较，从仿真结果可以看到，虽然两者都对反应堆控制系统性能有比较好的改善，但主动容错控制对故障的抑制作用要明显一些。但是由于被动容错控制器不需要故障诊断环节，大大简化了系统的结构。