反應堆控制系統(tǒng)容錯控制方法研究.pdf

1、反應堆控制系統(tǒng)由大量的傳感器、執(zhí)行器等設備組成,它是保證核電站安全、穩(wěn)定運行的重要系統(tǒng)之一。目前,核電站主要采用硬件冗余的容錯控制技術(shù)以保證設備發(fā)生故障時系統(tǒng)仍能正常運行,這種技術(shù)不僅需要大量的資金投入,而且在設計和建造階段也會帶來大量的可靠性和安全性方面的問題。隨著計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展,采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)、模糊邏輯控制技術(shù)等智能控制技術(shù)對反應堆控制設備進行容錯控制,將可以在很大程度上改善因采用硬件冗余方法所帶來的缺陷。因此

2、,研究反應堆控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制方法,對于提高核電站的安全性能、可靠性能和經(jīng)濟性能將具有十分重要的意義。
　　本文以核電站反應堆控制系統(tǒng)作為研究對象,針對在不同的功率運行工況下設備發(fā)生故障的情況,對反應堆控制系統(tǒng)的容錯控制技術(shù)和方法進行了分析和研究。
　　首先,對反應堆控制系統(tǒng)進行了研究。分別對穩(wěn)壓器壓力控制系統(tǒng)、穩(wěn)壓器水位控制系統(tǒng)和蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)進行了分析,研究了控制系統(tǒng)的功能、特點,控制系統(tǒng)各項參數(shù)之間的

3、相互關(guān)系,以及各項參數(shù)的變化規(guī)律等,同時研究了傳感器和執(zhí)行器典型的故障模型,分析了在這兩個控制設備之間故障模型相互轉(zhuǎn)換所需要的條件。
　　其次,對幾種常用的容錯控制設計方法進行了研究。分析了被動容錯控制方法和主動容錯控制方法幾種常見的類型。對基于Riccati型方程的容錯設計方法、基于控制律重組的容錯設計方法和基于狀態(tài)反饋控制器的容錯設計方法進行了研究。分析了這三種容錯設計方法容錯控制的設計過程,并指出其不足之處。
　　在此

4、基礎(chǔ)上,研究了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的容錯控制方法。針對標準的BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法具有收斂速度較慢、容易陷入局部極小點而得不到全局最優(yōu)等缺點,在增加動量項、改進變換函數(shù)、改進誤差信號和改變學習速率等幾個方面,對BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法進行了改進,通過仿真實驗驗證了改進后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法能夠有效的提高網(wǎng)絡的收斂速度,并且更有可能獲得全局最優(yōu)。進而確定了容錯控制方案,并建立了動態(tài)模型庫,對于已知的故障,系統(tǒng)能夠自動識別故障模型,同時啟動控制律重構(gòu)單元對其進

5、行控制律重構(gòu);對于未知的故障,系統(tǒng)將對其進行模型辨識,并將新建立的模型儲存到模型庫中不斷對其完善。文中首先以穩(wěn)壓器壓力測量傳感器作為研究對象,在三種功率運行工況下(功率處于100％的運行工況、功率由100%下降至90%的運行工況和功率由90%上升至100%的運行工況),對其發(fā)生卡死故障和恒偏差故障的情況進行研究,仿真實驗結(jié)果表明,基于改進的BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法的容錯控制方法對于修正穩(wěn)壓器壓力測量傳感器的故障是有效的。其次以蒸汽發(fā)生器壓力測量

6、傳感器作為研究對象對該方法進行驗證,仿真實驗結(jié)果表明,該方法對于修正蒸汽發(fā)生器壓力測量傳感器的故障也同樣有效。
　　最后,研究了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的容錯控制方法。針對人工神經(jīng)網(wǎng)絡連接權(quán)值的物理意義不明確、知識解釋困難的缺點,采用將人工神經(jīng)網(wǎng)絡與模糊邏輯控制相結(jié)合的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的方法對控制設備進行容錯控制。以穩(wěn)壓器水位測量傳感器作為研究對象,在上述三種功率運行工況下對其進行研究,仿真實驗結(jié)果表明,采用該方法能夠?qū)崟r的獲取到傳感器的可信