基于模糊PID控制的蒸汽发生器水位控制研究
摘要：蒸汽发生器是压力水堆核动力装置的重要组成部分，能够为发电设备运转提供所需的蒸汽。为了能够确保系统的可靠性，应该对蒸汽发生器的水位进行有效地控制。蒸汽发生器水位控制过程具有较强的非线性特点，控制过程及其复杂，因此，将模糊控制和PID控制器结合起来构建了模糊PID控制系统用于蒸汽发生器的水位控制。系统地讨论了蒸汽发生器的水位模型，并且讨论了蒸汽流量、给水流量和给水温度对蒸汽发生器水位的影响。针对蒸汽发生器水位控制的要求，构建了模糊PID控制系统，设计了模糊控制规则和参数调整算法，最后，以某蒸汽发生器为研究对象，进行了其水位的控制仿真研究，仿真结果表明，模糊PID控制系统能够有效地控制蒸汽发生器的水位，具有较好的控制效率和控制精度。
关键词：蒸汽发生器；水位；模糊PID控制
Research on Water Level Control of Steam Generator Based on Fuzzy PID Control
Abstract: the steam generator is an important part of the pressurized water reactor nuclear power plant, which can provide the necessary steam for the operation of the power generation equipment. In order to ensure the reliability of the system, the water level of the steam generator should be controlled effectively. The water level control process of steam generator has strong nonlinear characteristics, and the control process is complicated. Therefore, fuzzy control and PID controller are combined to construct the fuzzy PID control system for water level control of steam generator. The water level model of the steam generator is systematically discussed, and the influence of steam flow rate, feed water flow rate and feed water temperature on the water level of the steam generator is discussed. In view of the requirements of water level control of steam generator, a fuzzy PID control system is constructed. The fuzzy control rules and parameter adjustment algorithms are designed. Finally, a steam generator is used as the research object. The simulation of water level control is carried out. The simulation results show that the fuzzy PID control system can effectively control the steam generator. The water level has good control efficiency and control accuracy.
Key words: steam generator; water level; fuzzy PID control
目录
1 引言 1
2蒸汽发生器水位模型 1
3模糊PID控制器设计 3
4 仿真实验 6
5 结论 7
参考文献 7
1 引言
蒸汽发生器在核电厂是主要的设备之一，利用蒸汽发生器以间壁传递的方式能够将热量从反应堆堆芯的一回路冷却剂传输至二回路水，从而能够通过形成的蒸汽驱动汽轮机运转。此外，一回路水通过堆芯具有一定的发射性，利用蒸汽发生器还能够避免二回路的污染。在系统稳定的状态下，蒸汽发生器的水位可以处于设定值，产生的偏差较小。蒸汽发生器的水位控制具有较强的非线性特征，内部和外部因素的干扰都将导致蒸汽发生器水位的变化，出现波动现象。尤其在蒸汽流量的干扰下，将出现显著的伪水位情况。这些现象都导致蒸汽发生水位控制的难度较大。因此，应该寻求一种行之有效的控制技术对其水位进行控制，从而能够提高系统的蒸汽发生器水位控制性能。
2 蒸汽发生器水位模型
蒸汽发生器具有较强的非线性特点，因此，蒸汽发生器水位的动态控制具有一定难度。蒸汽发生器的主要组成部分包括：上封头、下封头、U形管、管板、筒体和汽水分离器。在一次侧，冷却剂通过下封头进入进口水室，接着经过U形管束将热量传至二次侧给水。二回路的给水利用给水阀通过给水泵传输至给水管，经过给水配环管传输至环形通道向下流动，流经衬筒和管板二次侧表面间的缺口，对管束进行冲刷，接着，流入管束。在流经U形管时水域一回路侧进行热量交换，其温度不断增高，当温度达到水的饱和温度时将产生蒸汽。当汽水混合物垂直向上流动时，离开弯头区，有1/4的饱和水蒸汽。汽水混合物继续向上流动，在重力的作用进行分离，然后流入二级汽水分离器，并且把蒸汽湿度减少到低于0.25%的水平，并且经过蒸汽导管流出，对汽轮机做功。饱和水进入环形通道并向下流动，和二路给水混合构成循环水进入衬筒外的环形空间，重复这一循环过程。饱和蒸汽的干度提高后进入主蒸汽管对汽轮机做功，剩余的乏气进入冷凝器，经过循环冷却水成为凝结水，冷凝水在冷凝泵的作用下经给水泵传至给水加热器，冷凝水温度增加后经给水调节阀流至蒸汽发生器，给水重复以上循环。
蒸汽发生器的水位模型如下所示：1）
(1)
式中， 表示水位， ； 表示拉普拉斯算子； , 和 表示正常数； 和 表示延迟时间， ； 表示给水流量， ； 表示蒸汽流量， ； 表示周期， 。
式(1）中的模型为多线性模型
