空间堆线性变参数模型预测控制方法

摘要

针对传统PID控制方法在面临复杂负荷需求变化时无法满足空间核反应堆的控制性能需求的问题，提出了基于线性变参数模型的空间堆模型预测控制方法。针对强非线性特性，采用线性变参数模型作为预测模型，对全功率范围内的空间堆运行特性进行预测；针对大时滞的特性，采用串级控制理论结合模型预测方法优化执行机构动作，提升被控量的响应速度。分别设计了电功率和冷却剂温度的预测控制系统，在典型工况下进行控制性能仿真验证，结果表明：相对于串级PID控制系统，所设计的预测控制系统的电功率调节时间减少了68.7%,冷却剂温度调节时间减少了81.7%;电功率和冷却剂温度预测控制系统的核功率的超调量分别减少了22.3%和13.0%,保证了反应堆的安全；控制系统的适用性强，在不同功率水平均具有良好的控制性能；执行机构的动作大幅减少，驱动电机峰值电压下降了84.1%,使用寿命得到延长，系统经济性得到提升。该研究提出的结合串级控制理论基于线性变参数模型的预测控制方法能够用于优化空间堆的控制系统。

关键词

空间核反应堆 / 模型预测控制 / 线性变参数模型 / 串级控制

基金资助

国家自然科学基金资助项目(12075181)