核电站稳压器的压力控制方法及系统

本发明属于核电工程，具体涉及一种核电站稳压器的压力控制方法及系统。

背景技术：

1、稳压器是压水堆核动力系统中对一回路压力进行控制和超压保护的重要设备，对保证核反应堆安全运行具有极其重要的意义。但是，稳压器是一类复杂的热力学系统,是典型的多变量耦合、非线性、不确定性系统。在快速响应要求下，要设计满足稳定性、动静态性能和鲁棒性要求的稳压器压力控制系统具有较大的挑战性。

2、目前，稳压器压力控制方法主要分为传统pid控制方法和智能控制方法两大类：(1)传统pid控制方法，是指基于pid反馈控制的一类pid参数整定方法，包括基于瞬态响应曲线特性、ziegler-nichols频域响应的pid整定常规pid参数整定方法，以及基于hebb规则的单神经元pid、基于模糊控制理论的自适应pid控制、免疫pid控制等自适应pid参数整定方法；这类方法具有结构简单、实时性好、便于工程实现的优点，通常可以应用于一些工况稳定、要求不高的场合；但是，该类方法存在的主要问题是无法从理论上说明闭环系统稳定性，难以分析系统的动静态性能和鲁棒性，且部分方法过度依赖人工，推广能力差；(2)智能控制方法，是指采用一些先进的智能控制理论和技术或者采用时下先进的神经网络模型的控制方法，例如模型预测控制(mpc)、模糊控制、lstm神经网络数据驱动控制等方法；这类方案，能够隐式学习系统的非线性规律，并进行对系统的非线性部分进行补偿，使用于一些结构复杂、工况变化大、要求高的场合；但是，这类方法计算量较大、对控制器要求高，且需要获取到足够多的数据才能保证控制特性。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种可靠性高且精确性好的核电站稳压器的压力控制方法。

2、本发明的目的之二在于提供一种实现所述核电站稳压器的压力控制方法的系统。

3、本发明提供的这种核电站稳压器的压力控制方法，包括如下步骤：

4、s1.获取目标核电站稳压器的参数信息；

5、s2.根据步骤s1获取的参数信息，建立目标核电站稳压器的数学模型；

6、s3.根据步骤s2得到的目标核电站稳压器的数学模型，建立目标核电站稳压器的压力控制系统的状态方程和参考模型状态方程；

7、s4.根据步骤s3建立的状态方程和参考模型状态方程，设计自适应更新率；

8、s5.采用压缩映射的方案，对系统初始误差进行压缩映射，并修正系统的自适应更新率；

9、s6.随机生成满足边界条件的系统初始迭代误差序列，并采用自适应更新率进行迭代优化，直至满足设定要求，完成核电站稳压器的压力控制。

10、步骤s2所述的根据步骤s1获取的参数信息，建立目标核电站稳压器的数学模型，具体包括如下步骤：

11、将目标核电站稳压器范围蒸汽区和液体区；

12、蒸汽区的质量守恒和能量守恒关系，表示为：

13、mv＝ρvvv

14、ev＝hv-pvv

15、

16、

17、式中mv为蒸汽质量；ρv为蒸汽密度；vv为蒸汽体积；ev为蒸汽内能；hv为蒸汽比焓；p为压力；wev为液相蒸发质量流量；wv为稳压器安全阀质量流量；wc为汽相冷凝质量流量；wcs为蒸汽区表面冷凝质量流量；hvs为饱和汽相比焓；hls为饱和液相比焓；wsp为喷淋管质量流量；hsp为喷淋管比焓；qmv为稳压器外壳和蒸汽之间的热交换；qvl为蒸汽和液体之间的热交换；将wev-wv-wc-wcs记作wvi为汽相相关的质量流量；将wevhvs-wvhv-wchls-wcshvs-wsp(hls-hsp)记作hvi为汽相质量流量对应的比焓；

18、液体区的质量守恒和能量守恒关系，表示为：

19、ml＝ρlvl

20、el＝mlhl-pvl

21、

22、

23、式中ml为液体质量；ρl为液体密度；vl为液体体积；el为液体内能；hl为液体比焓；wf为波动管涌入或涌出的质量流量；wsp为喷淋管质量流量；w'cs为液体区表面冷凝质量流量；wev为液相蒸发质量流量；hf为波动管涌入或涌出的比焓；qht为电加热器功率；qml为稳压器外壳和液相之间的热交换；将wf+wsp+wc+w'cs-wev记作wli为液相相关的质量流量；将wfhf+wsphls+wchls+w'cshvs-wevhvs记作hli为液相质量流量对应的比焓；

24、约束方程为：vl+vv＝0；

25、设定密度ρ为压力p和比焓h的函数，存在

26、将密度ρ的函数和约束方程代入的质量守恒和能量守恒关系，得到

27、式中wli为液相相关的质量流量；hli为液相质量流量对应的比焓；wvi为汽相相关的质量流量；hvi为汽相质量流量对应的比焓；

28、将波动管的涌入或涌出流量作为可控变量，不考虑安全阀，并整理以上方程，得到

29、

30、

31、

32、

33、式中c为第一中间变量；u为第二中间变量；f为第三中间变量；

34、由于δp为压力差值且δp＝p-ptarget，ptarget为压力设定常数，则将上式表示为

35、

36、式中b为第四中间变量且a为第五中间变量；a·δp为补偿修正项。

37、步骤s3所述的根据步骤s2得到的目标核电站稳压器的数学模型，建立目标核电站稳压器的压力控制系统的状态方程和参考模型状态方程，具体包括如下步骤：

38、采用如下算式作为目标核电站稳压器的压力控制系统的状态方程：

39、

40、式中为压差变化率，也即是a为被控系统的系统矩阵；x为压差，也即是δp；b为被控系统的输入矩阵；u为被控系统控制输入；f(x)为系统非线性函数；y为被控系统控制输出；ε为被控系统的系统随机初始状态边界；θ*为对系统非线性函数f(x)进行拟合的拟合参数；φ(x)为对系统非线性函数f(x)进行拟合的高斯函数；x(0)为被控系统的初始状态；

41、采用如下算式作为目标核电站稳压器的参考模型状态方程：

42、

43、式中为参考模型的状态变量变化率；am为参考模型的系统矩阵；bm为参考模型的输入矩阵；r为参考模型的输入；ym为参考模型的输出；xm(0)为参考模型的初始状态。

44、步骤s4所述的根据步骤s3建立的状态方程和参考模型状态方程，设计自适应更新率，具体包括如下步骤：

45、采用如下算式表示自适应更新率：

46、

47、式中kx为marc中理想参数的估计值；βx为自适应控制预先设定的第一常数参数；x为被控系统状态变量；sgn()为符号函数；b为被控系统的输入矩阵；kr为marc中理想参数估计值；βr为自适应控制预先设定的第二常数参数；r为参考模型的输入；θ为系统非线性函数f(x)拟合参数θ*估计值；γ为自适应控制预先设定的第三常数参数；φ(x)为f(x)拟合的高斯函数；e为跟踪误差；

48、采用如下算式表示选定的李雅普诺夫函数：

49、

50、

51、式中v为李雅普诺夫函数；e为跟踪误差，且e＝xm-x；为参数估计误差，且kx为marc中理想参数估计值，为被控系统转变成参考模型的理想参数；为参数估计误差，且kr为marc中理想参数估计值，为理想参数；为参数估计误差，且θ为系统非线性函数参数θ*估计值，θ*为理想参数；φ(x)为f(x)拟合的高斯函数。

52、步骤s5所述的采用压缩映射的方案，对系统初始误差进行压缩映射，并修正系统的自适应更新率，具体包括如下步骤：

53、采用如下算式对系统误差e进行压缩映射：

54、

55、式中η为误差压缩映射的中间函数；t为时间；z为压缩映射后的系统误差；ε为被控系统的系统随机初始状态边界；sat()为饱和函数；

56、引入迭代控制律，得到修正后的自适应更新率为：

57、

58、

59、wi+1(0)＝wi(t),w0(t)≡0

60、式中γ为迭代控制预先设定的常数参数；为第i次迭代的参数更新率；wi(t)为第i次迭代的参数；xi(t)为第i次迭代的系统状态变量；hw()为修正后的自适应更新率；zi为压缩映射后的系统误差；

61、被控系统的自适应控制率表示为：

62、ui＝kx,ixi+kr,ir-(θi)tφ(xi)

63、式中ui为第i次迭代的控制器信号；kx,i为第i次迭代中理想参数估计值；kr,i为第i次迭代中理想参数估计值；θi为第i次迭代中理想参数θ*估计值。

64、步骤s6所述的随机生成满足边界条件的系统初始迭代误差序列，并采用自适应更新率进行迭代优化，直至满足设定要求，完成核电站稳压器的压力控制，具体包括如下步骤：

65、随机生成满足边界条件的系统初始迭代误差序列，采用步骤s5得到的修正后的自适应更新率和自适应控制率，以及上一次迭代得到的参数，进行迭代优化，直至满足设定要求，完成核电站稳压器的压力控制。

66、本发明还提供了一种实现所述核电站稳压器的压力控制方法的系统，包括数据获取模块、模型建立模块、方程建立模块、更新计算模块、更新修正模块和压力控制模块；数据获取模块、模型建立模块、方程建立模块、更新计算模块、更新修正模块和压力控制模块依次串接；数据获取模块用于获取目标核电站稳压器的参数信息，并将数据信息上传模型建立模块；模型建立模块用于根据接收到的数据信息，建立目标核电站稳压器的数学模型，并将数据信息上传方程建立模块；方程建立模块用于根据接收到的数据信息，建立目标核电站稳压器的压力控制系统的状态方程和参考模型状态方程，并将数据信息上传更新计算模块；更新计算模块用于根据接收到的数据信息，设计自适应更新率，并将数据信息上传更新修正模块；更新修正模块用于根据接收到的数据信息，采用压缩映射的方案，对系统初始误差进行压缩映射，并修正系统的自适应更新率，并将数据信息上传压力控制模块；压力控制模块用于根据接收到的数据信息，随机生成满足边界条件的系统初始迭代误差序列，并采用自适应更新率进行迭代优化，直至满足设定要求，完成核电站稳压器的压力控制。

67、本发明提供的这种核电站稳压器的压力控制方法及系统，采用压缩映射的方法保证了本发明方案对具有随机初始稳压器压力的系统的普适性，而且本发明方案不仅能够实现核电站稳压器的压力控制，而且可靠性更高，精确性更好。