基于Ovation系统的核电站蒸汽发生器容错控制

论文摘要

核电站控制系统的安全运行已经成为人们日益重视的课题,在这种背景下,本文对故障诊断与容错控制在核电厂控制系统中的应用进行了研究。针对核电站蒸汽发生器水位控制系统的传感器故障提出三种故障诊断方案,在故障诊断基础上通过传感器重构实现主动容错控制,并在西屋公司的Ovation集散型控制系统中实现容错控制算法。全文的主要研究工作如下：1、建立非线性蒸汽发生器数学模型,并对该模型在平衡点进行线性化,得到线性蒸汽发生器数学模型。在此基础上,采用观测器组设计蒸汽发生器水位控制系统传感器故障的诊断方案。在诊断结果基础上利用无故障输入的观测器的状态估计值进行故障传感器输出重构,实现容错控制。2、基于考虑系统噪声和测量噪声的非线性蒸汽发生器数学模型,利用一组输入受限的扩展卡尔曼滤波器进行蒸汽发生器水位控制系统传感器故障诊断和容错控制研究。仿真结果表明该方法具有很好的非线性容错控制效果。3、利用强跟踪滤波器对蒸汽发生器水位控制系统的传感器故障偏差进行估计,在线诊断故障并重构传感器测量值,实现容错控制。仿真结果表明,该方法可以诊断随机时变的故障偏差,具有很好的容错控制能力。4、将研究的容错控制算法在Ovaiton系统中实现。在Ovation系统中建立蒸汽发生器水位控制系统容错算法,开发相关的人机界面,研制了PC端与Ovation工作站实时通讯程序,最后与运行在PC机中的模型及故障诊断程序连接,进行实时仿真验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 故障诊断和容错控制综述
• 1.2.1 故障诊断
• 1.2.2 容错控制
• 1.3 核电站系统故障诊断和容错控制的国内外发展状况
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 蒸汽发生器数学模型的建立
• 2.1 蒸汽发生器非线性微分方程模型
• 2.1.1 一次侧
• 2.1.2 管壁
• 2.1.3 二次侧
• 2.1.4 模型化简
• 2.1.5 阀门特性
• 2.2 模型仿真结果及分析
• 2.3 蒸汽发生器水位控制器设计及仿真
• 2.4 控制系统故障分类及模型化
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于观测器的容错控制研究
• 3.1 观测器的设计
• 3.2 基于观测器的故障诊断与容错控制
• 3.2.1 故障诊断原理
• 3.2.2 基于传感器测量值重构的容错控制
• 3.3 仿真研究
• 3.3.1 线性蒸汽发生器模型
• 3.3.2 设计观测器组
• 3.3.3 故障诊断阈值的确定
• 3.3.4 仿真结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于扩展卡尔曼滤波器的容错控制研究
• 4.1 扩展卡尔曼滤波器
• 4.2 基于扩展卡尔曼滤波器的故障诊断和容错控制
• 4.2.1 故障诊断与检测
• 4.2.2 传感器测量值重构
• 4.3 仿真研究
• 4.3.1 非线性随机蒸汽发生器模型
• 4.3.2 故障检测阈值的确定
• 4.3.3 仿真结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于强跟踪滤波器的容错控制研究
• 5.1 强跟踪滤波器理论
• 5.2 基于强跟踪滤波器的故障诊断和容错控制
• 5.2.1 故障偏差分离方法
• 5.2.2 故障诊断与容错控制
• 5.3 仿真研究
• 5.3.1 故障检测阈值的确定
• 5.3.2 仿真结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 容错控制在Ovation系统中的实现
• 6.1 容错控制在Ovation系统上的实现
• 6.1.1 过程点的建立
• 6.1.2 容错控制逻辑的建立
• 6.1.3 人机界面的建立
• 6.1.4 通讯程序的开发
• 6.2 仿真验证
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录