核电站反应堆控制系统仿真研究

论文总字数：30097字

摘 要

Abstract 2

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2压水堆核电站控制系统的原理流程及主要功能 2

1.2.1一回路工作流程 2

1.2.2二回路工作流程 3

1.2.3反应堆主要控制系统的功能 3

1.3本文的内容与目的综述 4

第二章 核反应堆和蒸汽发生器 6

2.1核反应堆 6

2.1.1工作原理 6

2.1.2对象特性 7

2.2蒸汽发生器 10

2.2.1工作原理 11

2.2.2对象特性 11

第三章 控制方法策略及基本算法介绍 14

3.1引言 14

3.2常规PID控制 14

3.2.1比例（P）调节 15

3.2.2积分（I）调节 16

3.2.3微分（D）调节 17

3.3 Mamdani模糊控制 17

3.4模糊PID控制 18

3.5比较与小结 20

第四章 反应堆协调控制 22

4.1引言 22

4.2反应堆的PID控制 22

4.2.1控制方法 22

4.2.2负荷与压力设定值扰动的仿真结果与分析 24

4.2.3燃料棒位移扰动的仿真结果与分析 26

4.2.4负荷扰动的仿真结果与分析 29

4.3反应堆的模糊PID控制 31

4.3.1控制方法 31

4.3.2模糊规则设置 32

4.3.3负荷与压力设定值扰动的仿真结果与分析 35

4.3.4燃料棒位移扰动的仿真结果与分析 37

4.3.5负荷扰动的仿真结果与分析 39

4.4比较与小结 41

4.5变工况调节效果比较 42

4.5.1常规PID的变工况 42

4.5.2模糊PID的变工况 44

第五章 蒸汽发生器水位控制 47

5.1引言 47

5.2发生器水位的常规PID控制 47

5.2.1控制方法 47

5.2.2水位设定值扰动的仿真结果与分析 48

5.2.3给水流量扰动的仿真结果与分析 49

5.2.4蒸汽流量扰动的仿真结果与分析 50

5.3发生器水位的模糊PID控制 51

5.3.1控制方法 51

5.3.2水位设定值扰动的仿真结果与分析 53

5.3.3给水流量扰动的仿真结果与分析 54

5.3.4蒸汽流量扰动的仿真结果与分析 55

5.4比较与小结 56

5.5变工况调节效果比较 56

工作总结与致谢 60

参考文献： 61

摘要

众所周知，现在我国正面临着资源短缺、环境污染严重等问题的巨大挑战，亟待出现一种新的能源可以解决这一系列燃眉之急。核能也就因此逐渐开始崭露头角，不过现阶段人们对于核能以及核电站的认识尚不充分，而核电站的系统构成及其控制手段也是经常被讨论和研究的问题。基于这样的背景之下，本文先从核能这种能源本身的优缺点开始谈起，进而从核电站的运行原理、主要组成、工作流程等方面进行了大致的系统性介绍，建立起对核电以及反应堆、蒸汽发生器的初步概念。接着着重从控制学的角度对核电站系统进行分析，得到它的一些基本特点以及部分对象特性。

在讨论了核电站控制系统的对象特性以后，从这些特点出发开始考虑该如何对核电站实行良好有效的控制。简单介绍了传统控制和现代智能控制的一些方法之后，本文着重关注常规PID和模糊PID两种方法对核电站的控制策略与作用效果。

为了得出结论，本文分别采用常规和模糊PID调节，来对反应堆和蒸汽发生器进行SIMULINK仿真试验，观察试验结果并对作用效果进行分析。对于反应堆，主要考察汽轮机功率、阀门开度、燃料棒位移和主汽压力对给定值扰动（压力与负荷）、内扰（棒位）、外扰（功率外扰）的响应；对于蒸汽发生器，主要考察发生器水位和给水流量对给定值扰动（水位）、内扰（给水流量）、外扰（蒸汽流量）的响应。与此同时，也分别对两种控制方法在工况改变时的调节作用和效果进行了分析和比对，最终得出模糊PID的综合控制性能要更加优越的结论。

关键词：核电、反应堆、蒸汽发生器、SIMULINK仿真、PID调节、模糊PID

Abstract

As we all known, nowadays our country is facing a big challenge. It’s that the shortage of resources and the pollution of environment are becoming more and more severe. As a result, a new kind of resource must be used to solve these problems. So, the nuclear energy starts to emerge in front of us. However, today people’s understanding of nuclear energy and nuclear power plants is not enough. As well the composition of nuclear powe plants and its control system is often being discussed. Based on this background, this paper firstly talk about the advantages and the disadvantages of the nuclear energy. And then give a brief introduction of nuclear power plant’s operation principles, main componets and work processes. Build a Preliminary Understanding of the nuclear energy, the reactor and the steam generator. Then this paper analyze the control system, get some features and object properties.

After discussing the properties, consider how to control this system well effectively. From the introduction of some traditional and modern intelligence ways of controlling, this paper mainly focus on conventional PID and fuzzy PID’s control effect.

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