[發明專利]一種熱管堆控制系統設計用線性動態模型獲取方法及系統

在審

• 申請號: 202310402804.3
• 申請日: 2023-04-14
• 公開（公告）號: CN116401884A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 孫培偉;馬騫;魏新宇
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種熱管堆控制系統設計用線性動態模型獲取方法及系統，基于機理法快速推導熱管堆動態模型方程，根據熱管堆的設計參數和節點劃分建立熱管堆動態模型，針對模型建立過程中由于節點劃分引入了等效換熱系數和積分比熱容等參數，基于能量守恒定律和熱管堆的初始設計參數，對關鍵參數進行初步計算，根據控制系統設計需求，基于實際系統的運行數據或參考系統模型的計算數據優化關鍵參數，使模型的動態特性接近實際系統響應，在不同穩態工作點對動態模型進行線性化，獲得傳遞函數模型或狀態空間模型，利用經典控制理論或現代控制理論設計控制系統并應用于實際系統中，具有良好的控制性能，在快速獲得控制系統的同時，保證控制系統的有效性。

技術領域

本發明屬于核反應堆控制技術領域，具體涉及一種熱管堆控制系統設計用線性動態模型獲取方法及系統。

背景技術

核反應堆是一種能以可控方式實現自持鏈式核裂變反應的裝置，并對該裝置產生的能量加以利用。傳統的核反應堆控制器通常為PID控制器，只有常規的反應堆參數調節功能。PID控制器的控制律參數通常無法直接由核反應堆系統特性獲得，而是根據專家經驗或使用試湊法獲得。

為了進一步提高核反應堆的經濟性、安全性和魯棒性，通常需要設計新型控制器。這些控制器的控制律獲取，通常都依賴于核反應堆系統模型。而核反應堆系統仿真模型的建立過程復雜，且無法保證仿真結果與實際系統一致，如不進行修正，則基于系統模型建立的控制器應用于實際系統中將導致性能下降。同時，核反應堆系統模型越復雜，求解控制律的過程也越困難，甚至出現無解的情況。若再對系統模型進行降階，首先會導致降階后模型的特性發生變化，其次降階后也會引入無意義的中間變量，這會導致控制系統設計過程過于復雜。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種熱管堆控制系統設計用線性動態模型獲取方法及系統，用于解決傳統控制器設計缺乏理論性和設計困難和用于控制器設計的線性模型復雜且準確性低的技術問題。

本發明采用以下技術方案：

一種熱管堆控制系統設計用線性動態模型獲取方法，包括以下步驟：

S1、根據設計參數，采用機理法快速獲得熱管堆線性動態模型，修正熱管堆線性動態模型中的關鍵參數；

S2、基于步驟S1得到的熱管堆線性動態模型，采用機理法快速推導熱管堆動態模型方程，根據熱管堆的設計參數和節點劃分建立熱管堆動態模型；

S3、根據節點劃分過程中引入的關鍵參數確定步驟S2建立的熱管堆線性動態模型中關鍵參數的位置，根據關鍵參數的初始值獲得初始熱管堆線性動態模型；

S4、基于步驟S1得到的熱管堆線性動態模型的關鍵參數，根據實際熱管堆系統的運行數據或熱管堆系統模型的計算數據優化熱管堆線性動態模型的關鍵參數，對熱管堆線性動態模型進行修正，獲得修正的熱管堆線性動態模型模型；

S5、基于步驟S3得到的初始熱管堆線性動態模型或步驟S4修正的熱管堆線性動態模型模型，在不同的穩態工作點進行線性化，獲得不同工作點的傳遞函數模型或狀態空間模型。

具體的，步驟S1中，根據熱管堆設計參數確定熱管堆動態仿真模型，基于參考數據對熱管堆動態仿真模型關鍵參數進行修正，并利用修正的熱管堆線性動態模型設計熱管堆控制系統，并將熱管堆控制系統應用于實際系統中。

具體的，步驟S2中，利用機理法快速推導熱管堆動態模型方程，根據熱管堆控制系統設計需求對熱管堆的結構進行節點劃分，并獲得各個節點的能量守恒方程，根據熱管堆的設計參數，建立熱管堆的動態模型。

進一步的，各個節點的能量守恒方程如下：