Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Горбаненко Олег Анатольевич. Разработка и исследование системы автоматического регулирования импульсного ядерного реактора : Применительно к реакторному комплексу ИГР : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06.- Томск, 2005.- 175 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/689

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава 1. Описание объекта управления 10

  1. Область применения, назначение, характеристики и конструкционные особенности импульсного графитового реактора 10

  2. Режимы работы реактора 18

  3. Особенности эксплуатации реактора в режиме автоматического регулирования мощности 21

  4. Методы исследования динамических систем 21

  5. Моделирование динамических систем 23

  6. Моделирование объекта управления 28

  7. Выводы 42

Глава 2. Синтез систем автоматического регулирования мощности реактора

ИГР 46

  1. Основные подходы и методы конструирования систем управления 46

  2. Цели и задачи проектирования АРМ 47

  3. Синтез системы АРМ 50

2.3.1 Синтез автоматического регулятора мощности 52

2.4 Синтез вспомогательных устройств 61

  1. Устройство включения регулятора мощности 61

  2. Формирователь диаграммы пуска 69

  3. Устройство контроля состояния процесса регулирования 72

2.5 Модельные исследования регулятора мощности 73

  1. Определение параметров настройки АРМ 76

  2. Исследование качества реализации диаграмм пуска на различных режимах регулирования мощности 83

  3. Анализ выбора способа включения регулятора 90

2.6 Выводы 91

Глава 3. Разработка и создание системы АРМ реактора ИГР 95

3.1 Структурно-функциональное проектирование опытного образца
системы АРМ реактора ИГР 95

  1. Автоматический регулятор мощности реактора ИГР 97

  2. Исполнительное устройство АРМ 106

  3. Устройства согласования АРМ ПО

  4. Коммутационное устройство АРМ 114

  1. Имитатор реактора ИГР 114

  2. Техническая реализация системы АРМ реактора ИГР 121

  3. Выводы 123

Глава 4. Исследование опытного образца системы АРМ реактора ИГР 126

  1. Методические аспекты исследования системы АРМ реактора ИГР .... 126

  2. Порядок проведения исследований системы АРМ-ИГР 126

  1. Результаты исследований системы АРМ 129

  2. Выводы 131

Заключение 133

Приложение А. Модель кинетики реактора ИГР 140

Приложение В. Характеристики исполнительного двигателя ИУ АРМ 147

Приложение С. ПИД - структуры алгоритмов управления 150

Приложение D. Модуль включения и формирователь диаграммы пуска 160

Приложение F. Акт внедрения системы автоматического регулирования

мощности реактора ИГР 163

Библиографический список 164

Введение к работе:

Испытания и экспериментальные исследования новых материалов, опытных образцов изделий, оборудования и техники являются заключительным этапом, определяющим дальнейшую судьбу разработок. Осуществление данной деятельности без применения специальных технических средств, позволяющих автоматизировать процесс испытаний и исследований, не представляется возможным, где участие человека ограничено, а важность и ответственность в успешной реализации научных экспериментов велика. Особенно это актуально в области атомной науки и техники при проведении комплексных испытаний и исследований материалов и элементов конструкций реакторов различного назначения.

Основу экспериментальной базы проведения испытаний и исследований в области атомной науки и техники составляют исследовательские ядерные реакторы. Одним из представителей этого класса реакторов является импульсный уран-графитовый реактор (реактор ИГР), который имеет лучшие нейтронно-физические характеристики среди реакторов своего класса.

Необходимость создания импульсного графитового реактора (ИГР) возникла в 50-х годах в связи с реализацией задачи создания ядерного ракетного двигателя (ЯРД).

На территории Республики Казахстан в 1960 г., в районе бывшего Семипалатинского полигона, ныне г. Курчатов, было завершено строительство реактора ИГР. В мае-июне того же года был проведен первый физический (холодный) пуск реактора ИГР и выполнены необходимые физические исследования, а через год проведена серия экспериментальных пусков с разогревом графитовой кладки A3 до температуры 1300 К. Испытания первых образцов тепловыделяющих элементов, разработанных для ЯРД, были начаты в 1962 г.

В дальнейшем, реактор ИГР использовался для решения широкого круга задач, а именно: экспериментальные исследования нестационарных физических процессов, происходящих в импульсных реакторах; реализация про-

грамм, которые предусматривали эксперименты по разрушению тепловыделяющих элементов и изучению их состояния после повреждения; моделирование запроектных наиболее тяжелых аварий типа RIA (Reactivity Initiated Accident/авария вследствие внезапного увеличения реактивности) с возможностью дополнительного наложения условий, характерных для технологических аварий типа LOCA (Loss-of-Coolant Accident/авария с потерей теплоносителя); исследование поведения топливных и конструкционных элементов при высокой и быстроизменяющейся температуре A3 реактора.

Эффективность проведения экспериментов зависит не только от характеристик и параметров реактора, но также и от технического оснащения экспериментальной базы реактора, к которой относятся системы измерения, обработки и отображения экспериментальной информации, системы управления технологическими устройствами и агрегатами реактора, системы управления и защиты реактора и т.д.

Важное место в составе технических средств обеспечения реакторных экспериментальных исследований и испытаний занимает система автоматического регулирования мощности (система АРМ), от эффективности и надежности которой зависит не только судьба дорогостоящего эксперимента, но и безаварийная эксплуатация реакторной установки.

Принимая во внимание тот факт, что длительность реакторного эксперимента (РЭ), проводимого на реакторе ИГР, составляет единицы секунд, а погрешность поддержания заданного уровня мощности не должна превышать (І4-2) % от задания, то альтернативы автоматическому регулированию мощности реактора ИГР не существует.

Необходимость развития экспериментальной базы «Комплекса исследовательский реактор ИГР» (далее по тексту - реакторный комплекс ИГР) также обусловлена и другими обстоятельствами, к которым можно отнести решение следующих задач:

1. Расширение спектра исследовательских и экспериментальных программ, реализуемых на базе реакторного комплекса ИГР.

  1. Проведение сложных и ответственных испытаний материалов и элементов конструкций реакторной техники.

  2. Реализация комплекса исследовательских программ, связанных с изучением динамики импульсного реактора при «импульсном» изменении нейтронной мощности в активной зоне реактора.

  3. Изучение и исследование различных аспектов, связанных с безопасностью быстрых реакторов.

Решению вышеизложенных задач и посвящена данная работа.

Целью настоящей диссертационной работы является проработка теоретических и практических аспектов проектирования системы АРМ импульсного ядерного реактора, применительно к реакторному комплексу ИГР, разработка и создание надежной системы АРМ реактора ИГР, а также моделирование, исследование и анализ аварийных ситуаций которые могут иметь место при работе реактора ИГР в режиме автоматического регулирования мощности.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

  1. Исследование динамических характеристик реактора ИГР на модели применительно к синтезу АРМ в пределах рабочего диапазона регулирования мощности реактора.

  2. Синтез адаптивного алгоритма регулирования мощности реактора ИГР.

  3. Синтез алгоритмов включения и коррекции отклонений параметров «пусковой» мощности - вспышки относительно расчетных значений.

  4. Разработка структуры АРМ и исследование параметров настройки в зависимости от режима работы реактора.

  5. Синтез структуры системы АРМ реактора ИГР и разработка опытного образца, обоснование и выбор программно-технических средств (ПТС) реализации.

7. Проведение комплексных модельных исследований опытного образца

системы АРМ реактора ИГР.

8. Проведение производственных испытаний системы АРМ реактора ИГР.

При решении вышеизложенных задач в работе широко использовались методы имитационного (компьютерного) моделирования с апробацией результатов работы на имитационной модели.

В первой главе диссертационной работы приведен краткий обзор объекта управления - реактора ИГР: назначение; область применения; конструкционные особенности; технические характеристики и т.д.

Приведено описание имитационной модели кинетики реактора ИГР и результаты ее исследований.

Основное внимание было уделено исследованию динамических характеристик реактора ИГР на имитационной модели кинетики реактора ИГР в частотной области. Приведены результаты исследований, на основании которых была получена обобщенная модель реактора ИГР, отражающая наиболее существенную характеристику модели реактора - зависимость динамических параметров модели реактора от мощности.

Вторая глава посвящена решению основной задачи настоящей работы — синтезу автоматического регулятора мощности. Описан синтез адаптивного алгоритма регулирования мощности реактора ИГР, приведены результаты исследований и структура автоматического регулятора мощности реактора ИГР. Особое внимание уделено решению вопроса безопасной эксплуатации реактора ИГР в режиме автоматического регулирования мощности. В этой части главы описаны инженерные решения автоматического включения регулятора мощности; коррекции отклонения «пусковой» мощности - вспышки от расчетного значения; контроля процесса регулирования и т.д.

Третья глава содержит результаты проектирования опытного образца системы АРМ реактора ИГР. Приведено описание структуры системы, обоснование и выбор программно-технических средств, необходимых для ее реализации. Приведено описание конструктивных решений основных устройств

и модулей системы АРМ реактора ИГР: исполнительного устройства; устройств согласования; имитатора реактора ИГР и т.д.

В четвертой главе приведены результаты испытаний и исследований опытного образца системы АРМ реактора ИГР. Приведен анализ результатов исследования.

Основные научные положения, представляемые к защите.

На защиту выносятся:

  1. Модельные исследования динамических характеристик реактора ИГР в частотной области, позволившие получить обобщенную модель реактора, отражающую основную особенность - зависимость динамических параметров модели реактора ИГР от нейтронной мощности.

  2. Адаптивный алгоритм регулирования мощности реактора ИГР, позволивший реализовать систему регулирования мощности (АРМ) реактора, обеспечивающую реализацию реакторных экспериментов с заданным качеством.

  3. Алгоритмы автоматического включения АРМ и коррекции отклонений параметров «пусковой» вспышки относительно расчетного (оптимального) значения.

  4. Алгоритмы настройки АРМ в зависимости от режима работы реактора ИГР и качества реализации диаграммы пуска.

  5. Структура опытного образца системы АРМ и комплексный анализ результатов экспериментальных исследований опытного образца системы АРМ реактора ИГР.

По результатам проведенных модельных и натурных исследований системы АРМ реактора ИГР получено полное подтверждение соответствия технических характеристик разработанной системы АРМ техническим требованиям задания.

Применение адаптивного алгоритма регулирования мощности реактора ИГР позволило повысить качество реализации реакторных экспериментов, сократить сроки на подготовку системы АРМ реактора ИГР к эксперименту и

повысить надежность проведения экспериментальных исследований на реакторе в режиме автоматического регулирования мощности.

Наличие в структуре АРМ функции включения по скорости и уровню мощности позволило обеспечить надежное включение регулятора при существенном разбросе в начальном скачке реактивности и исключить срыв реакторного эксперимента, связанного с отклонением начального скачка реактивности от расчетного значения.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской научной конференции (г. Москва, 2002) «Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB», Международной научной конференции (г. Томск, 2002) «Проблемы и перспективы технологий атомной промышленности» и научных семинарах.

Результаты диссертации опубликованы в четырех научно-технических изданиях, защищены тремя авторскими свидетельствами на изобретение. Отдельные результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в научно-технических отчетах и материалах опытно-конструкторских работ.

Выражаю благодарность: научному руководителю диссертационной работы Дядику В.Ф., доценту кафедры ЭАФУ, ФТФ, ГПУ, за практическую помощь в подготовке диссертации; сотрудникам РГП НЯЦ РК, за помощь в оформлении и редактировании диссертационной работы; сотрудникам отдела ИТ НЯЦ РК за активное участие в разработке системы, тестировании программного обеспечения, в подготовке технической документации; коллективу специалистов реакторного комплекса ИГР за участие в практической реализации системы АРМ реактора ИГР, проведении монтажа, наладки, производственных испытаний и ввода системы в эксплуатацию.

Подобные работы
Тверской Максим Юрьевич
Разработка и исследование алгоритмов параметрического синтеза двухконтурных систем регулирования, функционирующих в составе АСУТП тепловых электростанций
Черный Сергей Петрович
Разработка и исследование систем управления пиролизными установками мобильного типа на базе нечеткой логики
Масанов Дмитрий Викторович
Разработка и исследование системы автоматического управления исполнительными механизмами ткацкого оборудования
Лопатин Александр Геннадиевич
Разработка и исследование системы оптимального управления процессом получения суспензионного ПВХ с учетом экологической безопасности производства
Лопаткина Мария Васильевна
Исследование и разработка системы автоматического управления температурными режимами в процессе текстурирования синтетических нитей
Дмитриева Валерия Валерьевна
Разработка и исследование системы автоматической стабилизации погонной нагрузки магистрального конвейера
Плаксин Павел Леонидович
Разработка и исследование системы управления электроприводом ленточной раскройной машины
Забиров Ренат Равилевич
Разработка и исследование системы управления вакуумным деаэратором
Виниченко Светлана Николаевна
Разработка и исследование системы автоматического управления процессом шлихтования в пене
Багаева Мадина Эдуардовна
Исследование и разработка системы оптимального управления процессами приготовления смеси сухих компонентов и тонкого сухого помола в электродном производстве

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net