1.1研究目的及意义

核反应堆系统是一个复杂的非线性大系统,,它既包含有核动力学的研究内容, 也包含有热动力学, 流体力学等内容.而且系统中各子系统的动态过程变化的快慢又不相同, 系统动态方程具有很强的“刚性” 。除此之外, 系统中有些过程变量无适当的测试手段, 或测试仪器无法进入被测区。对这样一个复杂的大系统, 无论是要建立准确的数学模型以进行动态控制系统的分析研究, 还是要完成控制系统的设计与实施, 以提高控制水平和改善运行特性,都存在着比较大的困难。

在核反应堆控制技术的研究发展中, 无论是目前已被普遍应用的经典控制方法, 还是仍处于应用研究阶段的现代控制方法如线性最优控制及非线性控制技术, 都可称之为是一种“基于系统数学模型的控制方法” ,它们常常会受到以下问题的困扰; 即在核反应堆控制系统的分析和设计中, 或是系统的模型难以建立, 或是所建立的模型过于复杂而妨碍其应用,或是所建立的系统模型中的一些状态变量不可测量、导致不得不对系统模型进行简化。而这一系列问题, 一方面给核反应堆控制系统的分析和设计带来了困难, 另外一方面又由于采用了简化措施, 使得系统控制精度受到影响, 难以达到准确控制的目的。

基于核反应堆系统模型控制方法的这些不足及局限性, 在采用智能控制中的模糊控制技术后, 则有希望得以克服。

1.2国内外研究现状

作为核电站仪控系统的重要组成部分和核电站运行操作与监控的中枢系统，反应堆功率控制系统是确保核电站安全可靠运行的重要环节。反应堆功率控制系统的控制性能在很大程度上决定了核电机组的安全、可靠、经济运行。功率控制系统的主要设计要求是在反应堆功率达到一定的额定功率值时，能够实现反应堆功率的自动跟随负荷变化，并且其调节时间、超调量、稳态误差等各动态性能指标应满足运行要求。国内外研究人员对反应堆功率控制系统的研究作出了不懈努力，提出了一些控制方法主要包括:

一、经典控制方法：早期反应堆功率控制系统的设计主要采用的是传统PID控制方法。PID ( proportional-integral- derivative)控制器由比例单元、积分单元和微分单元三部分组成，它的特点是结构简单、适应性强、稳定性好、调整方便、工作可靠，因此在当前工业控制和生产实践中具有广泛的应用。由于反应堆功率的动态变化过程具有典型的非线性，而传统PID控制方法对于那些具有非线性的系统，控制效果效果不是十分理想。在负荷跟随条件下，当反应堆系统出现大的功率变动时，传统PID控制器的调节性能，诸如闭环渐进稳定性等，也受到了挑战。Cheng Liu等设计和优化了核反应堆功率的模糊PID控制器，来扩展稳定增益区域和提高遗传算法的精度。MoonGhuPark和NamZinCho研究了基于自适应PI前馈增益的反应堆功率时间最优控制，该控制器可以补尝建模时被忽略的反应性的影响。褚新元、李富、黄晓津、张良驹等研究了PID控制器的解析设计方法并将其应用到实验反应堆的功率控制系统中，取得了不错的效果。陈宇中、杨凯军、沈永平研究了反应堆模糊PID控制的实验模拟系统和反应堆模糊PID控制的计算机模拟系统。

二、现代控制方法：随着科学技术尤其是计算机技术的发展，人们对于控制理论的研究不断深入，新的控制方法也不断被发现，并被应用于实际生产过程中。现代控制理论主要是基于系统内部描述的状态空间方程进行时域分析的状态空间方法、最优控制、最优滤波、系统辨识和自适应控制等。 F. Zhao、K. C. Cheung、R. M. K. Yeung研究了实验反应堆功率的最优控制系统，根据最优控制理论，通过调节二次型指标的权重因子得到最佳的传递函数和最低的目标函数值，从而得到最优的控制性能。I. S. Sadek、R. Vedantham研究了分布式核反应堆分点控(Pointwise Controllers)的最优控制，利用最大值原理使系统的性能指标达到最优。Adel Ben-Abdennour、Robert M. Edwards、Kwang Y.Lee 研究了具有改进温度性能的反应堆LQG/LTR 鲁棒控制，通过提高控制系统的鲁棒性，提高控制器的稳定性和使用范围。Hussein Arab-Alibeik、 Saeed Setayeshi 设计了基于LQG/LTR的改进温度控制的反应堆控制器，改善了功率控制的温度特性。

国内方面，许多研究人员和专家学者对反应堆功率控制系统也进行了相关的研究。Zhe Dong、 Xiaojin Huang 、JuntingFeng、Liangju Zhang进行了低温核反应堆动态模型的控制系统设计与仿真。孙佳丽、夏国清、孙峰等设计了反应堆功率控制系统的H∞控制器，仿真结果表明，其控制效果优于传统PID控制器。赵福宇、曹艳研究了反应堆最优控制系统的设计方法，利用最优传递函数方法，采用部分状态反馈，设计了反应堆的最优控制系统，实现了系统的最优控制。
随着现代控制理论的不断发展和完善，其在反应堆功率控制系统方面的应用将更加成熟和广泛。近年来，国内研究人员进行了这方面的研究。王公展、顾军对秦山第三核电厂的反应堆功率进行了模糊控制的研究，分析了秦山第三核电厂长期满功率运行时平均功率偏低的产生原因，提出了相应的模糊控制方案来改善反应堆功率系统的控制性能。武红幸、赵福宇、张仲民将新型模糊控制器应用到小型反应堆功率控制系统中，并与传统PID控制器;的控制效果进行了仿真对比