基于小型一体化压水堆堆功率T-S模糊模型的LADRC设计方法

基于小型一体化压水堆堆功率t-s模糊模型的ladrc设计方法
技术领域
1.本发明属于核电技术领域，具体涉及基于小型一体化压水堆堆功率t-s模糊 模型的线性自抗扰控制器ladrc设计方法。


背景技术：

2.压水堆是核电领域非常重要的部件，而小型一体化压水堆是当前非常流行 的设计思路。然而，小型一体化压水堆由于采用一体化设计，这种整体化设计 方式虽然缩减了建造成本，但是也带来了一些问题。第一，小型一体化压水堆 的反应堆堆芯和蒸汽发生器之间没具备如压水堆那样的热管段和冷管段，不同 设备的冷却剂之间存在强相互作用；第二，相对堆芯功率，压力容器的体积很 大，冷却剂的存量也很大，主冷却剂的惯性大；第三，传统蒸汽发生器相比， 它的水储量较小，蒸汽发生器对扰动非常敏感。所以，当功率变化或者有其他 扰动时，这样的设计下的系统对扰动的响应较慢。
3.小型一体化压水堆被控对象是一个非线性时变系统，控制器设计采用的模 型一般存在较大的参数不确定性和未建模动态，系统存在多种扰动，多个状态 不可测。除此之外，因小型一体化压水堆设备类型、设备布置等与大型压水堆 差异较大，调节需求和动态特性上也有较大区别。普遍认为，小型一体化压水 堆因一回路热惯性大，而蒸汽发生器储水量少对扰动敏感，加之核动力装备的 高机动性要求，使小型一体化压水堆的控制更具挑战性，尚未得到很好的解决。
4.综上所述，充分考虑压水堆控制系统的动态特性，研宄在多种扰动、不同 功率水平和燃耗情况下均能取得较好控制品质的压水堆先进控制方法，是核电 机组提髙安全性、经济性和灵活性的有效途径。压水堆是一个非线性、时变被 控对象，存在较大不确定性和多种扰动，而自抗扰控制可以处理大范围不确定 性系统，因此，将线性自抗扰控制器ladrc应用于压水堆功率控制中，可以解 决被控对象特性给控制器设计带来的挑战。
5.发明目的
6.本发明的目的即在于解决现有技术中所面临的问题，将线性自抗扰控制器 ladrc应用于压水堆功率控制中，解决被控对象特性给控制器设计带来的挑战， 提供一种基于小型一体化压水堆堆功率t-s模糊模型设计的ladrc。


技术实现要素：

7.本发明提供了一种基于小型一体化压水堆堆功率t-s模糊模型的线性自抗 扰控制器ladrc设计方法，包括以下步骤：
8.步骤1、设计降阶leso，具体包括：
9.设计堆功率t-s模糊模型后件，即将局部线性i子模型表示为如式(1)所 示：
[0010][0011]
式(1))中，p
th
为相对功率，zr为控制棒相对棒速，tcl为堆芯进口温度、thl为 堆芯出口温度，tf为燃料温度；f为总扰动项；
[0012]
其中功率以及其一阶导系数被表示为如式(2)-(17)所示：
[0013][0014][0015][0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022]
μf＝m
fcpf
ꢀꢀꢀ
(11)，
[0023]
μc＝mcc
pc
ꢀꢀꢀ
(12)，
[0024][0025][0026][0027][0028][0029]
将棒速系数bz表示为如式(18)所示：
[0030][0031]
将堆芯进出口温度系数分别表示为如式(19)-(20)所示：
[0032][0033][0034]
其中，m、ω定义为如式(21)-(22)所示：
[0035]
m＝wc
ꢀꢀꢀ
(21)，
[0036]
ω＝＝ua
ꢀꢀꢀ
(22)；
[0037]
将总扰动项f表示为如式(23)所示：
[0038][0039]
式(1)-(23)中，β为总缓发中子份额；λ为一代中子时间；λ为衰变常数； αc、αf分别是燃料温度系数以及慢化剂温度系数；mc、mf分别为堆芯冷却剂总 质量以及燃料质量；c
pf
、c
pc
为燃料热容以及冷却剂热热；zr为控制棒相对棒速， t
cl
、t
hl
、tf为堆芯进口温度、堆芯出口温度、燃料温度；f为裂变释放能量在燃 料中所占份额，gr为控制棒反应性价值；p
th
为相对功率；p
th
(0)为初始相对功率； p0为初始功率；w为冷却剂质量流量；c为冷却剂比热容；u为传热系数；a为 传热面积；ρr为额外反应性；
[0040]
不考虑可测外扰项，将式(1)简化为如式(24)所示：
[0041][0042]
根据如式(25)所示进行设置：
[0043][0044]
则得到如式(26)所示：
[0045][0046]
给定l1、l2、l3，将z1表示为如式(27)所示：
[0047][0048]
则式(26)被进一步表示为如式(28)所示：
[0049][0050]
其中，矩阵a0、b
0,i
被表示为如式(29)、(30)所示：
[0051][0052][0053]
将leso极点均配置到ωo，则其增益由式(6)拉普拉斯变换后所得传递函 数的特征方程，如式(31)所示：
[0054]
|si-ao|＝0
ꢀꢀꢀ
(31)，
[0055]
l1、l2、l3被表示为如式(32)、(33)、(34)所示：
[0056]
l1＝a1 3ωoꢀꢀꢀ
(32)，
[0057]
l2＝3ω
o2
a0 a1(3ωo a1)
ꢀꢀꢀ
(33，
[0058]
l3＝ω
o3
ꢀꢀꢀ
(34)，
[0059]
其中，li观测器矢量，ω0为leso的带宽参数；
[0060]
步骤2、设计模糊ladrc，具体包括：
[0061]
将模糊ladrc的规则表示为如式(13)所示：
[0062][0063]
将模糊leso的推理输出表示为如式(36)所示：
[0064][0065]
将模糊ladrc控制律的推理输出定义为如式(37)所示：
[0066]
具体实施方式
[0067]
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述 的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。本领域技术人员应当理解，文中所使用的 步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。在本发明 说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发 明。
[0068]
本发明提供了一种基于小型一体化压水堆堆功率t-s模糊模型设计的 ladrc，包括以下步骤：
[0069]
步骤1、设计降阶leso，具体包括：
[0070]
将堆功率t-s模糊模型后件，即局部线性i子模型表示为如式(1)所示：
[0071]
[0072]
式中，p
th
为相对功率，zr为控制棒相对棒速，t
cl
为堆芯进口温度、t
hl
为堆芯出 口温度，tf为燃料温度；f为总扰动项。
[0073]
不考虑可测外扰项，将式(1)简化为如式(2)所示：
[0074][0075]
作如式(25)所示进行设置：
[0076][0077]
则得到如式(26)所示：
[0078][0079]
给定l1、l2、l3，将z1表示为如式(27)所示：
[0080][0081]
则式(26)被进一步表示为如式(28)所示：
[0082][0083]
其中，矩阵a0、b
0,i
被表示为如式(29)、(30)所示：
[0084][0085][0086]
将leso极点均配置到ωo，则其增益由式(28)拉普拉斯变换后所得传递函 数的特征方程，如式(31)所示：
[0087]
|si-ao|＝0
ꢀꢀꢀ
(31)，
[0088]
l1、l2、l3被表示为如式(32)、(33)、(34)所示：
[0089]
l1＝a1 3ωoꢀꢀꢀ
(32)，
[0090]
l2＝3ω
o2
a0 a1(3ωo a1)
ꢀꢀꢀ
(33)，
[0091]
l3＝ω
o3
ꢀꢀꢀ
(34)，
[0092]
其中，li观测器矢量，ω0为leso的带宽参数；
[0093]
步骤2、设计模糊ladrc，具体包括：
[0094]
将模糊ladrc的规则表示为如式(35)所示：
[0095][0096]
将模糊leso的推理输出表示为如式(36)所示：
[0097][0098]
将模糊ladrc控制律的推理输出定义为如式(37)所示：
[0099][0100]
本发明根据堆功率t-s模糊模型设计的ladrc相比没有基于模糊模型设计的 ladrc控制效果更好，在功率阶跃的情况下，有更短的调节时间。