[發明專利]一種用于核反應堆功率的自抗擾控制方法

有效

• 申請號: 201610827618.4
• 申請日: 2016-09-18
• 公開（公告）號: CN106340331B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 劉玉燕;劉吉臻;周世梁
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G21D3/00
• 分類號: G21D3/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 巴曉艷

技術領域

本發明屬于核電站的控制領域，具體涉及一種用于核反應堆功率的自抗擾控制方法。

背景技術

核電機組是高度復雜的非線性系統，其參數是運行功率、核燃料燃盡程度和控制棒價值的函數，并隨時間變化。在負荷跟隨條件下，當出現大的功率變動時，就必須特別考慮這些因素的影響。現有的大部分反應堆的控制采用常規調節系統，按照基本負荷工作點參數設計。壓水堆通常所采用的三通道非線性控制器實際為帶非線性增益補償的PID控制器。然而，常規控制器的調節性能，在大負荷變動條件下受到挑戰。許多其他先進的過程控制方法也在不斷出現，比如基于Takagi-Sugeno模糊模型的核反應堆功率積分控制系統，仿真結果表明具有較好的跟蹤特性，能夠在很小的超調和很少的振蕩情況下實現零穩態跟蹤，而且滿足核反應堆運行安全要求。免疫P-PID串級控制的核反應堆功率調節器，采用基于人工免疫機理的免疫P和PID串級控制策略的核反應堆功率調節器是可行的，而且基于人工免疫的功率調節器比傳統PID功率調節器的控制效果要好。廣義預測自校正控制算法，在核反應堆功率控制中，結果表明能夠較好的控制反應堆功率的輸出。另外,自適應控制、魯棒控制等方法主要是針對處理系統內部不確定性而提出的。這些控制算法都取得了一定的成效，但是由于魯棒控制的結果相對保守、預測控制方法的算法繁瑣、自適應控制難以在大時間延遲系統中得到應用等缺點，它們目前尚未得到廣泛工程應用。因此，研究一種既簡單又不完全依賴系統模型，且魯棒性強的控制策略，對于提高現有反應堆功率控制系統的性能有較大的實際意義。

實際控制系統中普遍存在著內部不確定性(參數和未建模動態)和外部不確定性(擾動)，因此不確定性系統的控制向來是一個富有挑戰性的基本問題。自抗擾控制(Active Disturbance Rejection Control，簡稱ADRC)是中國科學院韓京清教授提出的一種新型的反饋線性化控制策略。自抗擾控制具有較強的抗擾動能力，并且具有較好的性能魯棒性。此外ADRC還繼承了PID控制器結構簡單、不依賴數學模型等優點。ADRC是針對同時具有內部和外部不確定性的非線性不確定系統的控制問題而提出的，其核心思想是將系統的內部不確定性(定常或時變，線性或非線性)和外部不確定性(外部擾動)一起作為“總擾動”，通過構造“擴張狀態觀測器(ESO)”對其進行估計并由控制率來實時補償，以期獲得較強的控制不確定性的能力以及較好的控制精度。ADRC應用非線性控制策略，需整定的參數較多，整定往往依賴于設計者的經驗，實踐中較難應用。高志強教授等在ADRC控制器的基礎上，對其各結構進行線性化設計，提出了線性自抗擾控制(Linear Active Disturbance Rejection Control，簡稱LADRC)，并引入了帶寬這個物理意義明確的整定參數，使得控制器參數大量減少，將控制器參數簡化為控制器帶寬和觀測器帶寬的函數，提出了一套簡單的參數整定方法。線性化和帶寬概念的引入給理論研究提供了全新的視角,同時降低了難度。而且LADRC也便于實際應用，并已有大量的應用研究表明LADRC依然對復雜的非線性不確定對象有很強的控制能力。ADRC發展至今，不管在理論還是實踐中都走向一個新的臺階。趙志良證明了ADRC在擴張狀態有界時的收斂性，Yang等給出了ADRC可以估計的擾動范圍。LADRC在許多領域應用的綜述和范例,包括精密車床中快速刀具伺服控制、微機電傳感器、時滯系統、航天器姿態控制、電力系統中鍋爐燃燒和負載頻率控制等等,均顯示了自抗擾控制技術的巨大潛力。在發電領域，LADRC也在火電單元機組協調系統、火電廠主汽溫控制系統、循環流化床鍋爐燃燒系統等仿真控制中獲得良好的控制效果。但尚無將利用模型信息且基于帶寬參數調整的LADRC應用于核反應堆功率控制的研究。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種用于核反應堆功率的自抗擾控制方法，所述自抗擾控制方法通過推導核反應堆功率模型，將原來5階的非線性模型轉化為2階的非線性模型，利用非線性模型中的信息，減輕ESO的負擔，設計基于ESO的自抗擾控制器，并且利用系統輸出y可測的特點，設計基于RESO的自抗擾控制器，通過自抗擾控制器的設計原理，給定ω_c、ω_o、n_r0，確定該反應堆功率控制系統，完成自抗擾控制；

進一步地，所述自抗擾控制器的設計步驟為：

S1：提供核反應堆功率原始非線性模型；

S2：通過對S1中的原始非線性模型進行模型變換獲得用于設計自抗擾控制器的2階非線性模型；