自控课程实计 核电站压水堆一回路水温控制.doc

自动控制原理实验课程 实验报告 题 目：核电站压水堆一回路水温控制 班级： 姓名： 学院: 自动化工程学院 实践报告内容（目录） 课程设计背景------------------------------1 控制对象建模------------------------------2 控制对象特性分析--------------------------3 控制策略的确定与实现----------------------3 实验分析----------------------------------7 课程设计体会------------------------------7 课程设计背景: 压水堆,字面上看就是采用高压水来冷却核燃料的一种反应堆，其工作原理为：主泵将120～160个大气压的一回路冷却水送入堆芯，把核燃料放出的热能带出堆芯，而后进入蒸汽发生器，通过传热管把热量传给二回路水，使其沸腾并产生蒸汽；一回路冷却水温度下降，进入堆芯，完成一回路水循环；二回路产生的高压蒸汽推动汽轮机发电，再经过冷凝器和预热器进入蒸汽发生器，完成二回路水循环。中国建成和在建共有13台核电机组，除秦山三期采用CANDU堆技术，山东荣成采用高温气冷堆，其余均为压水堆. 压水堆核电站的一回路的主要设备有蒸汽发生器，稳压器，主泵和一些辅助设备 压水堆目前是核电站的一种主流堆型，全世界约60%的反应堆是压水堆，压水堆核电站一般分为两个回路：一回路系统和二回路系统，一回路系统称为核岛部分。二回路系统主要是常规岛部分，具体有汽轮机部分和电机部分等。图1是压水堆核电站的大致的过程原理图。 ? 图1 核岛部分的关键设备是反应堆，反应堆是由压力容器，堆芯，堆型构件和控制棒驱动机构组成。反应堆的高度大致在6m左右，直径在3m左右。 问题描述: 核电站堆一回路水温控制 控制过程 堆型核电站的一路水流温度可通过反应堆的插入深度来控制控制系统如下图所示蒸汽发生水流的热量传递给二回路的工质的蒸汽流推动汽轮机水流温度控制对象的模型可用惯性串接纯延迟环节表示 假设,T=0.2s;τ=0.4s 2.控制设计要求 控制器,系统的超调量. 在Simulink中搭建系统控制模型所示进行仿真实验器部随具体控制器而变 选用实际PID控制器 图2 控制对象特性分析: 被控对象为 ;该开环传函为惯性串接纯延迟环节1) 其中放大系数K=1;T=0.2;延迟系数τ=0.4; (2) 在MATLAB中Nyquist图利用Nyquist判据来判断系统的稳定性 在MATLAB的命令窗中键入” n=[1];d=[0.2 1];tao=0.4;g0=tf(n,d,inputdelay,tao);nyquist(g0)” 得到Nyquist图形如图3: 图3 系统开环Nyquist图没有逆时针包围(-1,j0)点(红色十字标识),又因为系统开环无又根,所以闭环系统稳定. 四.控制策略的确定与实现: 采用PID控制器进行温度控制 PID控制器（Proportion Integration Differentiation.比例-积分-微分控制器），由比例单元 P、积分单元I 和微分单元 D 组成。通过Kp， Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。 衰减曲线经验公式法 衰减曲线法是通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值的。具体作法如下： 使积分环节和微分环节的不工作，调整比例增益Kp：从一个小数值开始，主次增 大，直到使率减振荡响应的衰减比为4:1；记录此时的比例系数K1，振荡周期Tk； 计算此时的比例带δk，δk=1/K1。 再根据表计算出积分时间和微分时间。 PID型控制器（比例积分微分控制器）：在阶跃响应刚开始受到微分作用的影响，函数衰减，由于衰减的幅度越来越小，随后在积分比例环节作用下呈现递增趋势。 实验设计与实现： （1）积分环节和微分环节不工作，进行比例增益为1的控制试验。获得的控制响应波形如图4。 图4 单独调整比例参数，在Kp=1时，衰减比为3.013:1； 单独调整比例参数，在Kp=1.5时，衰减比为1.23