基于Tagaki-Sugeno模糊模型的核反应堆功率控制系统的设计与分析

核电机组是高度复杂的非线性系统，其参数是运行功率、核燃料燃尽程度和控制棒价值的函数，并随时间变化。在负荷跟随条件下，当出现大的功率变动时，就必须特别考虑这些因素的影响。现有的大部分反应堆的控制采用常规调节系统，按照基本负荷工作点参数设计。然而，常规控制器的调节性能，在大负荷变动条件下受到挑战。Takagi-Sugeno（T-S）模糊模型是一种描述复杂非线性工业过程和动力学系统的非线性数学模型，提供一种很直观的表达形式，将非线性系统表示成多个线性模型的非线性插值。可以应用控制理论中已经很成熟的线性系统理论，来处理这些局部线性模型，再按照并行分布补偿方法设计全局控制器。T-S模糊模型提供了一条应用线性控制理论解决非线性控制问题的途径。本课题旨在应用T-S模糊控制理论进行核反应堆功率控制系统的设计，并就设计中的理论与实践问题进行研究，以其提高在负荷跟随运行模式下的核反应堆功率控制的性能。

核电机组是高度复杂的非线性系统，其参数是运行功率、核燃料燃尽程度和控制棒价值的函数，并随时间变化。在负荷跟随条件下，当出现大的功率变动时，就必须特别考虑这些因素的影响。现有的大部分反应堆的控制采用常规调节系统，按照基本负荷工作点参数设计。然而，常规控制器的调节性能，在大负荷变动条件下受到挑战。Takagi-Sugeno（T-S）模糊模型是一种描述复杂非线性工业过程和动力学系统的非线性数学模型，提供一种很直观的表达形式，将非线性系统表示成多个线性模型的非线性插值。可以应用控制理论中已经很成熟的线性系统理论，来处理这些局部线性模型，再按照并行分布补偿方法设计全局控制器，并就设计中的理论与实践问题进行研究，以其提高在负荷跟随运行模式下的核反应堆功率控制的性能。以上是本项目立项时的思路。据此，首先建立起适用于控制系统设计与分析的被控对象的数学表达形式，作为整个研究工作的基础；进而，针对等效单组缓发中子点堆动态方程，完成了模糊集合决定因素的分析、核反应堆功率调节的T-S模糊积分控制系统的设计和分析、核反应堆功率调节的T-S模糊观测器的设计和分析。.鉴于原研究方案中的不足，提出了“基于T-S模糊模型的引入输入增益的状态反馈控制”设计，并对控制系统的设计结果进行了分析；建立了“基于T-S模糊模型的状态微分反馈控制系统”，以及控制系统设计方法、稳定性条件、观测器设计的分离定理。.针对具有6组缓发中子的点堆动态方程，在分析额定功率工作点的线性动态方程的研究中发现：核反应堆内瞬发中子和缓发中子在时间效应上的巨大差异，导致六组缓发中子归一化模型可控性矩阵成为矩阵病态，使得原本理论推导上的可控变成数值计算上的不可控。如果没有新的方法和理论的建立，继续讨论针对6组缓发中子的点堆动态方程的控制系统设计已没有意义。.鉴于上述结果，为了更有效而全面地描述可控性，提出了一个新的概念——可控度。这是一个定量描述可控性的概念，采用可控性矩阵旳范数来描述，可以考虑到研究时采用的计算设备的精度对判别结果的影响，能够提供比定性描述的概念——可控性——更全面的信息。.“对于等效单组缓发中子点堆动态方程，控制系统设计参数与核反应堆功率动态方程中物理参数的关系”这部分研究计划的内容，得出了以核反应堆功率动态方程中物理参数表达的可控性矩阵的行列式计算表达式。.本项目的研究生在对衍生出来的题目进行了研究。