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船用核动力装置功率调节的协调控制方法研究
| 论文题名： | 船用核动力装置功率调节的协调控制方法研究 |
| 关键词： | 船用核动力装置;功率调节;协调控制;动态矩阵控制 |
| 摘要： | 核动力装置因其功率输出高、燃料能量密度高、重量小等优点被广泛用于军事船舶之中。但船用核动力装置的动力学性质复杂，具有强烈的非线性、时变性和变量耦合性。目前的PID控制系统功能比较单一，适应不同负载工况变化的能力较差。因此，寻求合适的协调控制方法，以提高船用核动力装置负载跟踪性能是本文的主要研究目标。本文主要工作如下： 首先，利用集总参数法搭建了适用于控制器设计的船用核动力装置系统全模型，利用四种不同的典型输入扰动验证了模型的正确性。然后根据核动力装置的运行特性，以及系统输入输出变量的物理关系，搭建了由单环PID控制组成的控制系统。该系统包括冷却剂平均温度控制闭环、蒸汽发生器水位控制闭环及汽轮机转速控制闭环。利用Simulink仿真验证了不同工况下PID控制系统的稳定性。 其次，船用核动力装置在跟踪负载时，针对核反应堆功率调节时存在的滞后特性，将二回路中表征负荷功率的蒸汽流量作为协调变量引入到冷却剂平均温度控制中，构成核反应堆功率控制系统。针对蒸汽发生器水位模型的变参数及非最小相位问题，提出将可测量的扰动信号作为前馈信号，并利用内模原理设计水位控制器的方案。仿真结果表明，基于前馈补偿的协调控制方案降低了超调与振荡，缩短了调节时间，有效地改善了系统的动态响应特性。 最后，为进一步提高船用核动力装置的跟踪性能和控制器的鲁棒性，提出基于动态矩阵控制的协调控制方案。该方案利用PID控制回路作为底层控制，以动态矩阵控制算法作为上层协调控制，实现对底层输入参考信号的优化与校正。仿真实验表明，该协调控制极大地提高了船用核动力装置在功率调节时的综合控制性能。 |
| 作者： | 郭小梁 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 夏浩 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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