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双回路换热系统的实验设计及控制方法研究

作　者: 范坤良
导　师: 付明玉
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 核能科学与工程
关键词: 系统建模 解耦控制 自校正控制 极点配置
分类号: TL333
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 37次
引　用: 1次
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内容摘要


本课题针对核电站核动力装置一、二回路热量交换原理,利用现有实验设备设计一个与之换热原理相似的双回路换热系统,并针对所设计的双回路换热系统进行控制方法研究。该系统分为温度回路和管道压力与流量回路两部分。课题首先用阶跃响应法建立管道压力与流量回路的数学模型,对所建立的数学模型进行了MATLAB仿真,将仿真结果与双回路换热实验系统的实测数据进行比较,验证了数学模型的可靠性与正确性。利用数学模型计算了系统的相对增益矩阵,说明管道中的压力与流量存在严重的耦合现象,必需对系统进行解耦控制。针对回路中的耦合现象,文中采用经典控制理论的单位阵解耦法进行了解耦控制方法研究。对于温度回路,本课题设计一个基于极点配置的自校正PID控制器。自校正控制系统的结构由参数估计器、控制器设计、控制器和被控对象四部分组成。参数估计器的作用是估计和监控模型参数及其变化,本文采用最小二乘的递推算法进行模型参数的在线估计。控制器设计根据极点配置设计准则,它包括确定控制器结构和参数两部分。经过适当的简化,控制器的结构可以写成经典PID控制器结构的形式。因为模型参数是在线估计的,控制器设计能根据被控对象参数变化情况及时调整控制量,以实现既定的性能。本文最后对上述控制方法进行MATLAB仿真研究,并利用STEP7软件编写出设计的控制器,将编写的程序下载到西门子S7-400 PLC中,对实际系统进行控制实验。数据的监控、记录及曲线的显示通过利用WinCC V6.0组态软件组态监控界面实现。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 双回路换热研究的背景及意义  10-12
  1.2 双回路换热研究的国内外情况  12-15
    1.2.1 反应堆功率调节系统的国内外研究情况  12-13
    1.2.2 自校正控制的国内外研究情况  13-15
  1.3 双回路换热系统的研究内容和方法  15-18
第2章 双回路换热系统建模  18-50
  2.1 双回路换热系统简介  18-24
    2.1.1 实验设备  18-20
    2.1.2 回路分析  20-21
    2.1.3 双回路换热实验  21-23
    2.1.4 PLC控制系统介绍  23-24
  2.2 系统建模概念  24-27
    2.2.1 系统建模的概念  25-26
    2.2.2 系统建模的两个基本方法  26-27
  2.3 管路压力与流量回路建模  27-34
    2.3.1 实验测定系统的阶跃响应  27-29
    2.3.2 实验结果的数据处理  29-32
    2.3.3 数学模型的仿真研究  32-34
  2.4 温度回路建模  34-48
    2.4.1 系统辨识的最小二乘法  34-39
    2.4.2 多变量系统的最小二乘辨识  39-40
    2.4.3 最小二乘递推算法  40-45
    2.4.4 限定记忆的最小二乘递推算法  45-48
  2.5 本章小结  48-50
第3章 双回路换热系统解耦控制的设计  50-65
  3.1 相对增益  50-56
    3.1.1 相对增益的定义  50-51
    3.1.2 相对增益的计算  51-54
    3.1.3 相对增益矩阵的特性  54-56
  3.2 解耦控制系统的设计  56-61
    3.2.1 单位阵解耦法  56-58
    3.2.2 解耦器的简化  58-59
    3.2.3 基于最小二乘的解耦控制器的设计  59-61
  3.3 解耦控制系统仿真研究  61-63
    3.3.1 解耦控制器的仿真研究  61-62
    3.3.2 仿真曲线与控制实验曲线比较分析  62-63
  3.4 本章小结  63-65
第4章 温度回路极点配置自校正PD控制方法研究  65-75
  4.1 自校正控制系统概要  65-67
    4.1.1 系统设计的任务  66
    4.1.2 自校正控制系统设计原理  66-67
  4.2 极点配置自校正PID控制  67-73
    4.2.1 极点配置设计  67-68
    4.2.2 基于闭环特征参数的极点配置自校正PID控制算法  68-70
    4.2.3 极点配置自校正PID控制算法  70-73
  4.3 极点配置自校正PID控制算法的MATLAB仿真研究  73-74
  4.4 本章小结  74-75
结论  75-77
参考文献  77-80
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  80-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 原子能技术 > 核反应堆工程 > 反应堆热工水力学及其设计、计算 > 反应堆热工动态和计算
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