автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка и исследование системы автоматического регулирования импульсного ядерного реактора

На правах рукописи

ГОРБАНЕНКО Олег Анатольевич РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА (Применительно к реакторному комплексу ИГР)

/05.13.06 -автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отрасли - атомная промышленность)/

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-2005

Работа выполнена в Республиканском государственном предприятии «Нацио-, пальный ядерный центр Республики Казахстан» (РГП НЯЦ РК).

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор кандидат технических наук, доцент

Дядик В.Ф.

Кербель Б. М Громаков Е.И.

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н.А. Доллежаля».

Защита состоится 27 декабря 2005 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета ДС 212.025.03 при Томском политехническом университете по адресу: 634034 i. Томск, пр. Ленина, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского политехнического университета.

Автореферат разослан 16 ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук, доцент

И.И. Жерин

гш ыгГ

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. 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, где участие человека ограничено, а важность и ответственность в успешной реализации научных экспериментов велика, не представляется возможным. 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.

Эффективность проведения экспериментов на базе исследовательского реактора зависит не только от его характеристик и параметров, а 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 которайсзави-сит не только судьба дорогостоящего эксперимента, но и безаварийная эксплу^щщя реакторной установки. [5 £

Принимая во внимание тот факт, что длительность реакторного эксперийент|| (РЭ), проводимого на реакторе ИГР, составляет единицы секунд, а погрешность. цоДт держания заданного уровня мощности не должна превышать (1^2) % от зада шя/тс^ альтернативы автоматическому регулированию мощности реактора ИГР не с вует.

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,

¿ест-

реализуемых на базе реакторного комплекса ИГР.

2. Проведение сложных и ответственных испытаний материалов и элементов * конструкций реакторной техники.

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

4. 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, 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.

Научная новизна. Основные научные достижения работы следующие:

1. Результаты исследований реактора ИГР на имитационной модели (ИМ) позволили выявить его наиболее характерную и существенную характеристику - зависимость динамических параметров модели реактора от нейтронной мощности.

2. Впервые разработан и применен в практике алгоритм регулирования мощности реактора ИГР с параметрической адаптацией.

3 Разработаны алгоритмы автоматического включения АРМ, исключающие зависимость качества реализации диаграммы пуска (ДП) от начальных параметров «пусковой» мощности - вспышки.

4. Разработаны и впервые использованы в практике алгоритмы коррекции от-

клонений параметров «пусковой» мощности от расчетного значения.

5. Впервые применен метод непрерывного преобразования регулируемого параметра во всем диапазоне регулирования мощности для реактора ИГР.

6. Разработан и реализован в структуре АРМ принцип непрерывного контроля процесса регулирования, что повысило безопасность проведения РЭ в режиме автоматического регулирования мощности реактора.

Практическая ценность. Применение адаптивного алгоритма регулирования позволило повысить качество реализации РЭ, сократить сроки на подготовку системы АРМ реактора ИГР к эксперименту и повысить надежность проведения исследований на реакторе в режиме автоматического регулирования мощности.

Наличие в структуре АРМ функции автоматического включения и коррекции отклонения «пусковой» вспышки от расчетного значения позволило исключить срыв РЭ по причине ее несоответствия требуемым (расчетным) параметрам.

Результаты работы были использованы для создания системы АРМ реактора ИГР, которая была внедрена в составе СУЗ реакторного комплекса ИГР.

Апробация результатов работы и публикации.

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. Отдельные результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в научно-технических отчетах и материалах опытно-конструкторских работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 175 страницах машинописного текста, иллюстрируется 114 рисунками и 25 таблицами и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 131 наименований и 4 приложений.

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 па-

раметров «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.

Содержание работы.

Глава 1. В данной главе приведены: назначение, конструктивные особенности и характеристики реактора ИГР, область применения в научной и экспериментальной практике. Особое внимание уделено исследованию динамических характеристик реактора ИГР на модели в частотной области применительно к синтезу АРМ.

Особенностью реактора ИГР являются его режимы работы: режим самогасящегося (нерегулируемого) изменения мощности (вспышка) и режим изменения мощности в соответствии с заранее заданной диаграммой пуска (ДП) - регулируемый режим.

Иллюстрация режима вспышки приведена на рис. 1. Параметры вспышки, в основном, определяются величиной начальной реактивности ра, к которым относятся: максимальная мощность ипих, полуширина тхп, интеграл мощности Jл{t) во вспышке и т.д.

Регулируемый режим начинается со вспышки, с последующим переходом к реализации ДП. Типовой вид ДП приведен на рис. 2.

Структура регулирующего устройства и, в частности, АРМ определяется характеристиками объекта управления (ОУ), а также техническими требованиями, предъявляемыми к проектируемой системе регулирования. Получение пеобходимой информации об ОУ (реактор ИГР) на основе экспериментальных исследований динамических характеристик непосредственно на реакторе затруднительно, а в большинстве случаев не представляется возможным по ряду причин, одной из которых является повышенная ядерная опасность объекта исследования. Решением этой проблемы является использование специальных программно-технических средств, обеспечивающих замещение объекта исследования его «виртуальным» образом -моделью.

Рис. !. Изменение мощности в режиме вспышки при = 1,86

В данной работе автором рассматривается современный подход к исследованиям динамических характеристик реактора ИГР на основе имитационной модели (ИМ), что стало возможным благодаря появлению специальных программных и технических средств моделирования сложных динамических объектов.

Основой любой ИМ является математическая модель, представляющая собой, как правило, систему дифференциальных/алгебраических уравнений, отражающих наиболее важные и существенные характеристики моделируемого объекта или системы.

Основным параметром, подлежащим моделированию при исследовании характеристик реактора ИГР, является нейтронная мощность реактора с учетом влияния отрицательного температурного эффекта реактивности, вызванного тем, что активная зона (АЗ) реактора не охлаждается и температура АЗ изменяется в пределах: от 300 до 1300 К.

Математическая модель реактора ИГР, описывающая изменение нейтронной мощности в АЗ реактора в точечном приближении с учетом температурного коэффициента реактивности (ТКР), представлена следующими уравнениями:

. и(о)+. и(0 + . сМ)+ч (1)

ш I 1

^ = с-(0) + А„(/)_Л .с (0 (2)

ш I

Р = Ро~Рп р (3)

где q - источник нейтронов; «(/) - нейтронная мощность реактора; я(0) - начальное значение мощности при ¿ = 0; р - суммарная реактивность, р = (к1ф -1)/(к^/З^); Л1 - постоянная распада /-группы запаздывающих нейтронов; / - среднее время генерации нейтронов, приведенное к Д^, / = 1а / ; Д - выход г'-группы запаздывающих нейтронов; с - концентрация /-группы запаздывающих нейтронов; с,(0)- концентрация /-группы запаздывающих нейтронов при ( = 0; р - реактивность, обусловленная изменением температуры активной зоны реактора, р^ = ./„(1) • а„р(У„); а1Кр(*/„)- ТКР, выраженный через интеграл мощности У,,; ра начальный скачок реактивности.

Приведенная выше математическая модель кинетики реактора была реализована в среде программного пакета МаЛаЬ/ЗшиИпк.

' / / / 1 Стабилкмшм* ---МОЩНОСТИ —— ■ 1.1 \ " -у —с, 7 - - иженне- цоет»<У)

/ Нириста -—ыощиосп 1 V

V —' - • / 1 " '

ЙШМКШЧНЖ МОЩ0ОСТИ —н-1--- 1

Время, (

Рис. 2. Типовой вид диаграммы пуска

— 1 „

<"■— МсмельныЯ и ус Эксперименте иый пуск 1

\ — —

\

у ч

--- - — •л ■ -

Рис. 3. Сравнительный анализ модельного и экспериментального пусков при р0 = 1,62/?^

Верификация ИМ относительно реакторных пусков показала, что погрешность моделирования вспышки в диапазоне от 100 до 1000 МВт составляет не более 10%. При мощности ниже 100 МВт погрешность моделирования увеличивается до 20%, но это не влияет на качество синтеза АРМ, так как наиболее динамичный диапазон регулирования мощности находится в пределах от 300 до 1000 МВт. На рис. 3 приведена иллюстрация сравнительного анализа модельного и экспериментального пусков.

Основным направлением модельных исследований являлось изучение характеристик реактора в частотной области на ИМ с целью определения зависимости динамических параметров модели реактора от мощности. С этой целью были проведены модельные исследования реактора на уровнях мощности: 0,05; 0,1; 1; 10; 50; 100; 500; 1000 и 2000 МВт, соответственно. Диапазон исследуемых уровней мощности реактора перекрывает рабочий диапазон работы АРМ, который находится в пределах от 1 до 1000 МВт.

В результате модельных исследований характеристик реактора в частотной области с использованием метода линеаризации, было получено семейство логарифмических амплитудных и фазовых частотных характеристик (ЛАЧХ и ЛФЧХ) для каждого уровня мощности. Результаты исследований приведены на рис. 4.

Из приведенных результатов видно, что реактор ведет себя в области низких частот как дифференцирующее звено, а в области верхних частот как интегрирующее звено.

Аналитически результаты модельных исследований представлены в виде передаточной функции (ПФ) для каждого исследуемого значения мощности. Пример аналитического представления результатов модельных исследований для уровня мощности 1000 МВт приведен ниже:

Рис. 4. ЛАЧХ и ЛФЧХ модели кинетики реактора ИГР при различных уровнях мощности

ууюоо_ 7098 57+3,268е4 56+3,808е4 85+1,26е4 а4 + ...

игр ь8+16,76 й7+126,7 Б6+372,1 85+381,7 з4+122,5 53+...

+1302 Б3+39,15 б2+0,3084 Б + 12,55 82+0,3767 8+0,002966 Выражение (4) является достаточно громоздким для проведения дальнейшего анализа с целью синтеза алгоритма регулирования мощности. Следовательно, дальнейшие исследования характеристик реактора были направлены на поиск более простой формы описания динамики реактора, но достаточной для решения задачи синтеза АРМ. В результате этих исследований было показано, что исходную модель реактора можно представить ПФ (моделью) третьего порядка. На рис. 5 и 6 приведены иллюстрации сравнительного анализа результатов аппроксимации исходной

а »

105,6 Б (0,4858+1)

(0,4665+1) (0,0154з2 +0,186в+1)

Рис 5. ЛЛЧХ и ЛФЧХ исходной и аппроксимируемой ПФ при уровне мощности 1000 МВт

122,2 5(128+1)

(0,238+1) (1,27е4 в"+115,2 8+1)

Рис. 6. ЛАЧХ и ЛФЧХ исходной и аппроксимируемой ПФ при уровне мощности 0,1 МВт

ПФ реактора ИГР передаточной функцией третьего порядка для уровней мощности 1000 и 0,1 МВт, соответственно.

Полученное новое описание модели реактора ИГР было представлено в виде последовательно соединенных элементарных звеньев вида:

Щ*) = Т15 (5)

7> + 1

т;У+2£7>+1

(6)

(7)

где Т,, Т2, Т, и Г4- постоянные времени ПФ №¿5)и ^(з), соответственно, при этом (5) = (5) • Ж2 (5) -й^(.у); - декремент затухания.

При дальнейших исследованиях параметров Т{, Т2, Т}, ТА и £, представленных в выражениях (5), (6) и (7) в зависимости от уровня мощности реактора, было получено следующее:

к

/к = 116,22;

/* =0,27;

т _ 5,0683

п

23,33

0,729 '

(8) (9) (10) (И)

где к - количество результатов исследований (в данном случае, к— 9)

Декремент затухания не имеет явной зависимости от уровня мощности и его значение в исследуемом диапазоне мощностей изменяется незначительно В данном случае его значение принято равным £ =0,72.

В результате проведенных исследований впервые была получена обобщенная модель реактора ИГР, которая имеет следующий вид:

( \

/ 5,0683 , ^

~^5з?Г"5 + 0,27^ + 1

116,225

23,33

16,8

(12)

п ) \п

Сравнительный анализ данной модели (12) относительно исходной (4) и аппроксимируемой моделей приведен на рис. 7 и 8 для уровней мощности 1000 и 0,1 МВт, соответственно.

Рис.7 ЛАЧХ и ЛФЧХ исходной, аппроксими- Рис.8. ЛАЧХ и ЛФЧХ исходной, аппроксимируемой и обобщенной моделей реактора при руемой и обобщенной моделей реактора при уровне мощности 1000 МВт уровне мощности 0,1 МВт

Применение обобщенной модели реактора на начальном этапе синтеза АРМ является наиболее рациональным с точки зрения проведения эскизного проектирования системы: синтеза алгоритма регулирования мощности и структуры АРМ; выбора параметров настройки регулятора и т.д.

Выражение (12) отражает существенную особенность модели реактора ИГР, которая выражается зависимостью динамических параметров модели реактора от нейтронной мощности.

Глава 2. Основное содержание данной главы посвящено синтезу алгоритма регулирования мощности реактора ИГР, разработке структуры и алгоритмов «Пуска/включения» АРМ, исследованию его параметров настроек в зависимости от режима работы ОУ и качества реализации ДП на модели.

Структура АРМ (рис. 9) представляет собой классический вариант системы регулирования с обратной связью по отклонению регулируемого параметра относительно задания, которым является ДП. Одной из особенностей данной структуры АРМ является исполнительное устройство (ИУ), состоящее из восьми независимых каналов регулирования положения компенсирующих стрежней (КС). Каждый канал регулирования положения КС состоит из регулятора положения КС, регулятора скорости вращения вала исполнительного двигателя (ИД) и редуктора с червячной передачей, осуществляющего преобразование вращательного движения вала ИД в поступательное перемещение рейки, к концу которой прикреплен КС.

ИУ имеет два режима работы: позиционирование КС, которое выполняется перед началом проведения РЭ, и перемещение КС в зависимости от вида управляющего сигнала, поступающего с выхода РМ. Исполнительное устройство относится к неизменной части АРМ, за исключением устройства управления ИД, которое в дальнейшем было модернизировано с целью достижения оптимального управления по скорости перемещения КС с учетом динамических параметров неизменной части ИУ, к которой относятся: исполнительный двигатель; редуктор; компенсирующий стержень.

Следовательно, синтез алгоритма регулятора мощности рассматривался относительно объекта управления, состоящего из ИУ, работающего в режиме регулятора скорости ИД, и реактора ИГР (12), параметры которого были определены в главе 1.

Рис. 9. Структура автоматического регулятора мощности

I - формирователь ДП (ФДП), 2 - сумматор, 3 - регулятор мощности (РМ), 4 - исполнительное устройство (ИУ); 5 - объект управления (ОУ) /реактор ИГР/, 6 - датчик нейтронного потока (ИК), r{t)- сигнал задания, s{î)~ сигнал рассогласования (ошибка), у^ (/) - сигнал управления ИУ; pKL (f) - сигнал управления ОУ (величина реактивности КС), *,Д0 -сигнале выхода ионизационной камеры, n(i) - нейтронная мощность

Аналитическое описание ИУ в виде ПФ в режиме регулирования скорости ИД, полученное в результате экспериментальных исследований, имеет следующий вид:

(0,0105*+ 1)-31,4 ^

(13)

0,008396а2 + 0,2268я +1 В результате проведенной работы автором был разработан алгоритм регулирования с контуром адаптации по параметру 1 /и, аналитическое выражение которого имеет следующий вид:

-г 8т„ .

W„[s) = KP

1 +

J_

T,s

е2 » •»

V + i

7> + 1

fo + 1

ss + l

V и

(14)

где п - регулируемый параметр (нейтронная мощность); Кр~ коэффициент передачи пропорционального звена; Т, - постоянная времени интегрирования и К,=\/Т, -коэффициент передачи интегратора; Тт - постоянная времени дифференцирующего звена первого порядка (первая производная); Тт- постоянная времени дифференцирующего звена второго порядка (вторая производная).

На основании синтезированного алгоритма регулирования мощности (14) была разработана функциональная схема РМ, которая приведена на рис. 10. Полученный алгоритм регулирования мощности приближенно можно представить в виде ПИДД структуры, хотя он несколько сложнее, так как в состав данного алгоритма входят еще два звена: демпфирующее и форсирующее. Следующим этапом синтеза АРМ являлась разработка алгоритма «запуска/включения» АРМ.

Данная задача обусловлена тем, что регулируемый режим мощности начинается с формирования вспышки с параметрами, которые определяются параметрами предстоящего реакторного эксперимента и зависят от величины начальной реактивности р0, значение которой определяется рядом факторов: калибровкой пусковых стержней, температурой АЗ реактора и т.д.

1L-T 0ЕМЙ>

Рис. 10. Функциональная схема регулятора мощности

г(/)-задание (ДП), "(I)- регулируемый параметр, £(/) -рассогласование; ури(Г)-выходной сигнал управления, К01 - коэффициент передачи дифференциатора, 1-а> производная

)» ~ коэффициент передачи дифференциатора, 2-ая производная (KD2 = \/TD2)

В работе был предложен алгоритм включения АРМ, основанный на реализации следующих условий:

1) если темп нарастания мощности на начальном участке ДП выше (50-И 00) МВт/с и уровень стабилизации мощности превышает 100 МВт, то включение АРМ осуществляется по условию: скорость изменения мощности во вспышке равна скорости изменения мощности на начальном участке ДП (способ включения по скорости);

2) если рассмотренное выше условие не выполняется, то включение регулятора осуществляется, когда максимальная величина мощности во вспышке равна значению уровня мощности стабилизации ДП.

Иллюстрация первого способа (Способ А) включения приведена на рис. 11, который является идеализированным вариантом реализации включения АРМ. В действительности на практике достаточно сложно обеспечить такое условие. Для компенсации отклонений параметров вспышки от расчетного значения был разработан алгоритм коррекции по скорости.

Отклонение скорости во вспышке компенсировалось введением дополнительного участка в ДП, реализуемого в виде полинома:

пХ0 = а + Ь-1 + с-12, (15)

где п,(()- текущее значение мощности; а, Ь, с - коэффициенты полинома; / - текущее время.

Значения коэффициентов полинома (15) определяются из граничных условий:

при /=0 и где 4- момент времени, при котором я//),., =«Г| и _ ^

Л !=,„

Иллюстрации реализации алгоритма компенсации по скорости (Способ А) приведены на рис. 12 и 13, соответственно, при различных значениях р0.

МЛ

Л\ А-

А 1X/ ^ 11 у Днаг рамма оуска

о мои орость изме> ения / | 1 /

ности во 'Вспышке" / 1 1/ п [ / ] V ^-

1 / У УТочк а включеиля

пЛ / /X

-—— 7 7 Г —

—— ¿4 Измеь ^ во ение мощное "Вспышке": —_ ги -

Время, I

Рис. 11. Иллюстрация реализации способа А включения регулятора

К., - максимальное значение темпа изменения мощности во вспышке, н0- начальное значение мощности ДП, VI - значение темпа изменения мощности на начальном участке ДП, л ^ -максимальное значение мощности на «полке» ДП, - максимальное значение мощности во вспышке, л„ - значение мощности во вспышке в точке экстремума

Время. 1 {с]

Время. I. [с]

Рис. 12 Реализация режима включения Рис. 13. Реализация режима включения

регулятора при ра = 1,58 р.^, регулятора при />,, = 1.29 ,

(оптимальное условие) (неоптимальное условие)

Модификацией вышеизложенного способа включения является Способ Ам, при котором начальное значение % ДП равно уровню мощности стабилизации п ДП, что позволяет упростить режим включения РМ, когда не требуется точная реализация темпа изменения мощности на начальном участке ДП. В этом случае, отклонение параметров «пусковой» вспышки может быть в два-три раза относительно параметров вспышки при использовании Способа А включения АРМ.

Принцип реализации включения АРМ по условию равенства максимальной мощности во вспышке уровню стабилизации ДП приведен на рис. 14 (Способ В).

Этот принцип включения наиболее приемлем при реализации ДП с малым уровнем мощности стабилизации (ниже 100 МВт). Для компенсации отклонения параметров вспышки от расчетного значения используется корректирующий полином вида:

и,(/) = а2+62-', (16)

где а2 и ¿>2 - коэффициенты полинома.

Значения коэффициентов полинома определяются из граничных условий: при [=0 и /=/*;>, где 1кг- время, при котором выполняется условие и,(0,=,1г ~пт-

В этом случае, коэффициент а2 определяется из начальных условий и,(?),=о = "и,, т.е.

! У1-

1/ 1Р

1

--в— д^мфмеа пуста (ДП) —О— Идемоме мощности «о кпышк« й 11гр«м производная от ьшьшасм

\ Точке

А / I Т11 у "V

•Ж / г

Рис. 14. Иллюстрация Способа В включения регулятора

а2 = има; Ь2 = кпм, где к- множитель, принятый равным ¿-0,1.

Иллюстрации реализации алгоритма по уровню (Способ В) приведены на рис. 15 и 16, при отклонении рй на (минус) 0,1/?^ и 0,1 относительно расчетного значения ра (1,325 Д^), соответственно.

Рис 15. Реализация режима включения регуля- Рис. 16. Реализация режима включения регулято-тора при отклонении рй от расчетной величины ра при отклонении р0 от расчетной величины на (минус) 0,1 Дф, Способ В на 0,1, Способ В

Анализ алгоритмов включений АРМ показал, что их применение позволяет обеспечить устойчивое включение АРМ при отклонении рв в пределах (8-г15) % от расчетного значения, при этом перерегулирование в момент включения не превышает (5+10)%.

В работе также приведено описание алгоритма формирования ДП, который является составной частью устройства включения АРМ.

ДП является задающим параметром РМ, определяющим режим реализации РЭ и представляет собой набор типов линейных участков, характеризующих изменение мощности в РЭ. Независимо от количества участков, содержащихся в ДП, используются только три типа участков: наклонные с положительным и отрицательным значением производной и горизонтальный участок (полка).

Минимальное количество участков равно двум при использовании Способа Аы и Способа В включения, трем - при Способе А.

Исходные данные для построения диаграммы пуска задаются в виде таблицы, в которой указываются начальное и конечное значения параметров участков ДП. К этим параметрам относятся время в ¿-ой точке и значение выходного параметра ДП в данной точке _уД/,.).

Форма представления параметров ДП приведена в таблице 1.

Таблица 1. Форма записи параметров ДП.

Параметры ДП Участок 1 Участок 2 Участок 3

Начало Конец Начало Конец Начало Конец

У- У»1 У«1 Ун2= Ук1 Ук2 УнЗ= Ук2 УиЗ

1, 1н1 1н2~ Ъ) 1,2 1цЗ= 1к2 ^нкЗ

Таблица исходных

данных ДП

1

Интерполятор

(экстраполятор)

А

Рис. 17. Функциональная схема формирователя диаграммы пуска

Время в ДП указывается в относительных величинах, при этом =0.

Функциональная схема реализации алгоритма формирования ДП приведена на рис. 17. В формирователе ДП предусмотрена дополнительная функция, обеспечивающая формирование независимого участка ДП с отрицательным наклоном, который выполняет функцию «Нормального останова». Данная функция предназначена для преднамеренного прекращения РЭ по команде оператора.

В состав формирователя ДП входят: модуль исходных данных и линейный интерполятор (экстраполятор).

Следующим важным этапом разработки алгоритма регулирования мощности и структуры АРМ являлось определение параметров настройки РМ и оценка качества реализации ДП в рабочем диапазоне работы реактора.

К основным техническим требованиям, которым должен удовлетворять АРМ, относятся следующие:

1) диапазон регулируемой мощности от 1 до 1000 МВт;

2) максимальная скорость изменения мощности на начальном участке ДП, не менее 500 МВт/с;

3) максимальная динамическая ошибка регулирования (выход на стационарный режим), не более 10 %;

4) максимальная статическая ошибка поддержания заданного уровня мощности (режим стабилизации мощности), не более 2 %;

5) максимальная величина перерегулирования при воздействии возмущения по реактивности не более 10 %, и не более 20 % при воздействии возмущения по реактивности 0,2 Д^.

Отработка алгоритма регулирования и определение параметров настройки РМ в зависимости от качества реализации ДП выполнялись с использованием программного пакета моделирования динамических систем Х^вБин.

В результате проведенных модельных исследований было установлено, что параметры настройки РМ являются функционально зависимыми переменными от задающего параметра - ДП. Таким образом, было определено, что параметры настройки РМ достаточно хорошо описываются следующими функциями:

1) КР(г) и К ¡(г) функцией вида:

у{х) = а + Ь- 1п(х), (17)

где у{х)~ значение функции; х- аргумент; а и Ь - коэффициенты полинома.

2) Кт функцией вида:

у(х) = а + Ь-х, (18)

где у{х)~ значение функции; х- аргумент; а и ¿-коэффициенты полинома (17).

3) Кт функцией вида:

у(х) = а + Ь- ехр(-х / 6,) + с • ехр(-х / с,), (19)

где у{х)~ значение функции; х- аргумент; а,Ь, Ь^с и с,- коэффициенты полинома.

Значения коэффициентов полиномов (17), (18) и (19) приведены в таблице 2.

Таблица 2. Значения коэффициентов полиномов

Параметр Коэффициенты полинома

а Ь Ъх с С\

Кр 143,67 (минус) 19,14 - - -

К, 0,114 0,0705 - - -

0,45 0,00384 - - ■

Киг 19598,28 (минус) 19597,93 1,158-107 (минус) 0,36 15,34

В результате проведенных исследований удалось реализовать второй контур адаптации (автонастройка) по задающему параметру. Модифицированная функциональная схема РМ приведена на рис. 18.

Дальнейшие исследования РМ были направлены на подтверждение результатов разработки АРМ посредством реализации серии ДП с целью оценки качества модельных пусков и исследования устойчивости АРМ к воздействию возмущений по реактивности. Проведены исследования для диапазонов реализации ДП в пределах от 1 до 1000 МВт при максимальном темпе изменения мощности на начальном участке ДП, не менее 500 МВт/с.

Рис. 18. Функциональная схема РМ с автоматическим выбором коэффициентов настроек

Некоторые иллюстрации исследований приведены на рис. 19-22. При этом на рис. 19 показана реализация наиболее динамичного режима регулирования мощности с темпом выхода 500 МВт/с при уровне стабилизации 1000 МВт. На рис. 20 приведен вариант реализации ДП с минимальным уровнем мощности при использовании Способа В включения.

1 1 ' а ' /Л __) УД ^ /1\ /\ 1 ХККККН. Ошяби 1 Т| -

1 1

V

р \ Задание о— Реализация \

иг Л ! К! *

: 3

о I

4

3 1

-4 а

ВрсшАМ

Рис. 19. Реализация «жесткого» модельного пуска

140 160 1*0 200 220 2« 2«! 2«1 МО 320 МО 340 180 Вргмя 1, {с]

Рис. 20. Реализация модельного пуска с малым уровнем мощности

Для оценки работы второго контура адаптации по параметрам настроек, приведена реализация ДП с различными уровнями мощности, что наглядно показывает эффективность работы данного контура адаптации (рис. 21).

На рис. 22 приведен результат исследования РМ на воздействие возмущения по реактивности с уровнем 0,2

Рис. 21. Реализация сложного модельного пуска

Рис 22 Результаты исследования устойчивости регулятора мощности

Проведенная серия исследований подтвердила эффективность разработанного алгоритма регулирования мощности с параметрической адаптацией. Полученные параметры регулятора мощности полностью удовлетворяют заданным требованиям.

Глава 3. В данной главе рассматривались вопросы разработки и реализации опытного образца системы АРМ реактора ИГР, приведены характеристики и параметры устройств, входящих в состав системы АРМ.

Особенностью построения системы АРМ реактора ИГР является необходимость обеспечения реализации двух основных функций: подготовка АРМ к проведению РЭ на реальном объекте управления и реализация РЭ в режиме автоматического регулирования мощности. Такой подход построения структуры системы АРМ обусловлен тем, что проведение каких либо работ, связанных с подготовкой к РЭ непосредственно на реакторе не представляется возможным.

Таким образом, в системе АРМ реактора реализованы и функционально разделены два режима работы:

1) имитационный (подготовительный) режим, включающий в себя подготовку исходной информации по предстоящему РЭ; занесение исходных данных в контроллер (регулятор) АРМ; проверку результатов подготовки АРМ на имитаторе реактора ИГР;

2) штатный режим, включающий в себя: выполнение процедур подключения ионизационной камеры к РМ; приведение всех систем в исходное состояние; реализацию РЭ в соответствии с регламентом, принятым на реакторном комплексе ИГР.

Структурная схема системы АРМ реактора ИГР приведена на рис. 23 и включает в себя автоматический регулятор мощности, имитатор реактора ИГР и коммутационный модуль, обеспечивающий переход системы АРМ с имитационного режима работы на штатный.

Структура АРМ разработана на основании полученных алгоритмов регулирования мощности и включения РМ и другой информации, изложенной в главе 2 настоящей работы.

Рис. 23. Структурная схема системы АРМ реактора ИГР

5Л- логический сигнал разрешения работы регулятора.

логический сигнал, определяющий выполнение команды «Нормальный останов» с пульта управления оператора, - логический сигнал готовности регулятора к работе, 5Л)- логический сигнал аварийного останова реализации диаграммы пуска, УАЗ - сигнал сброса стержней аварийной защиты, ХП1 сигнал, определяющий верхнее положение пусковых стержней (ПС); /„„(г) - сигнал на выходе ИК (ионизационной камеры); /„, (/) - сигнал с выхода имитатора, имитирующий ИК, I) - сигнал с датчиков скорости и положения регулирующего стержня, У^,,, - сигнал управления регулирующими стрежнями; Уш(<) - сигнал управления имитатором; ИК- ионизационная камера; РС (КС) - регулирующие (компенсирующие) стержни; ПС - пусковые стержни, АЗ -стержни аварийной зашиты

Функциональная схема АРМ приведена на рис. 24 и включает в себя следующие основные модули: 1 - модуль включения; 2 - модуль оптимизации параметров РМ; 3 - формирователь ДП; 4 - регулятор мощности; 5 - исполнительное устройство; 6 - ОУ (реактор ИГР); 7 - ионизационная камера (ИК); 8 - устройство согласования; 9 - модуль контроля состояния.

Рис. 24 Структурная схема АРМ - логический сигнал разрешения работы формирователя диаграммы пуска, 5™ - логический сигаал разрешения к пуску, Хт - логический сигнал «ПС вверху», логический сигнал, определяющий выполнение команды «Нормальный останов», - логический сигнал разрешения работы регулятора мощности и модуля оптимизации параметров регутятора, К - значения параметров настройки регулятора, (/) сигнал управления исполнительным устройством, сигнал перемещения исполнитсчыюго органа (регулирующих стрежней), п(1) величина нейтронной мощности, (/)- величина сигнала на выходе ионизационной камеры, и (г)- сигнал на выхоле устройства согласования (преобразователя), /, п) - допустимые значения регулируемых параметров, - сигнал прекращения пуска посредством реализации режима «Нормальный останов», сигнал готовности регулятора к работе; - сигнал аварийного останова, который поступает в штатную систему аварийной защиты

Особенностью реализации АРМ является наличие в его структуре устройства согласования, обеспечивающего преобразование тока ИК в напряжение в логарифмическом масштабе, что исключило необходимость проведения калибровок канала измерения перед каждой реализацией РЭ. Установка масштаба регулируемой переменной осуществляется в цифровом коде непосредственно в АРМ. Автономные испытания и исследования устройства согласования показали, что оно обеспечивает качественное преобразование сигнала от различных типов нейтронных детекторов: КНК, КНТ и КТВ, при этом обеспечивает следующие характеристики: максимальная погрешность преобразования не более 0,5%; дрейф нуля не более 50 мкВ/°С; диапазон преобразования тока составляет от 1 • 10"8 до 1 • 103 А.

Вторым составляющим элементом системы АРМ является имитатор реактора ИГР, который обеспечивает «замещение» реального объекта управления на период подготовки АРМ к РЭ. Основу имитатора составляет имитационная модель, рассмотренная в главе 1. Имитатор реактора ИГР реализован на основе принципа полунатурного моделирования, суть которого состоит в том, что часть оборудования, задействованного в имитаторе, является штатным, а именно: канал следящей системы

по положению КС, выполняющий функцию имитатора введенной реактивности в A3 реактора. Подключение имитатора реактора ИГР к АРМ осуществляется через коммутационное устройство. Согласование по входному параметру (току) АРМ осуществляется с помощью преобразователя напряжение/ток, который настраивается на заданный режим реализации предстоящего РЭ.

В данной главе также приведены результаты разработки исполнительного устройства, модуля контроля состояния и ряда других вспомогательных устройств.

Важным этапом разработки системы АРМ являлся выбор и обоснование программно-технических средств (ПТС) реализации системы АРМ реактора ИГР, так как от функциональной и физической (технической) надежности ПТС зависит в конечном итоге успех практического использования разработки. В результате анализа ПТС различных производителей, специфики использования системы АРМ в производственных условиях и с учетом опыта проектирования систем подобного класса были выбраны ПТС фирмы National Instruments. Оборудование и программное обеспечение (ПО) этой фирмы отличается высокой надежное гью и многофункциональностью технических средств, гибкостью и функциональной насыщенностью ПО, удобством его отладки и тестирования.

Аппаратную основу системы АРМ реактора ИГР составили контроллеры реального времени: РХТ-8145 RT, на основе которого реализован РМ, включая все функции вспомогательных устройств (модуль включения; модуль контроля состояния и т.д.) и PCI-7030/6040 Е, на основе которого реализована имитационная модель кинетики реактора ИГР.

Глава 4. Данная глава посвящена заключительному этапу в работе по реализации системы АРМ - исследованию опытного образца системы АРМ реактора ИГР. Испытания и исследования системы АРМ проводились в два этапа: предварительные - на имитаторе реактора ИГР и производственные - непосредственно на реальном объекте управления.

Основной объем исследований проводился на имитаторе реактора ИГР. В результате проведенных испытаний и исследований были получены следующие результаты:

1) АРМ обеспечивает регулирование мощности в диапазоне от 1 до 1000 МВт с максимальным темпом изменения мощности на начальном участке диаграммы пуска не менее 500 МВт/с, при этом максимальная величина перерегулирования не более 10 % на участке выхода на стационарный режим и не более 2% в режиме поддержания заданного уровня мощности (полка);

2) устройство включения АРМ обеспечивает автоматическое включение АРМ при отклонении параметров вспышки более чем в два раза от расчетного (оптимального) значения;

3) исследования на устойчивость показали, что АРМ сохраняет устойчивость

при воздействии возмущения по реактивности 0,2 р,ф, при этом величина перерегулирования не превышает 20%;

4) моделирование и исследование аварийной ситуации, в частности, при имитации выхода из строя двух каналов управления КС при их одновременном перемещении с максимальной скоростью вверх и вниз, показали, что система отрабатывает возмущение данного типа, при этом перерегулирование не превышает 10%;

5) при проведении ресурсных испытаний системы АРМ в течение 72 ч непрерывной работы, сбоев и отказов в системе зафиксировано не было.

В результате выполненной работы можно сделать заключение, что разработанная система АРМ реактора ИГР полностью удовлетворяет заданным требованиям.

Основные результаты и выводы

В результате проведенной работы были достигнуты следующие основные результаты:

1. Модельные исследования реактора ИГР в частотной области проводились впервые для данного типа реактора. На основании данных исследований была получена обобщенная модель, отражающая в явной форме зависимость динамических параметров модели реактора от нейтронной мощности, что послужило основой для аналитического синтеза алгоритма регулирования мощности реактора.

2. Разработан адаптивный алгоритм регулирования мощности реактора ИГР, который включает в себя два контура адаптации: компенсацию зависимости динамических параметров объекта управления (реактора ИГР) от регулируемой переменной и автоматическую коррекцию параметров настройки АРМ в зависимости от вида и характера задания - диаграммы пуска. На основании данного алгоритма регулирования была реализована структура АРМ. Модельные исследования подтвердили соответствие достигнутых характеристик АРМ заданным требованиям.

3. Разработанные алгоритмы включения АРМ и способы коррекции отклонения параметров вспышки от расчетных значений позволили исключить «ударное» включение АРМ и срыв реакторного эксперимента в том случае, когда условия включения не выполняются. Применение данных алгоритмов в структуре АРМ позволило снизить требования к точности реализации «пусковой» вспышки два раза, что исключило срыв РЭ в случае ошибки в расчете начального скачка реактивности.

4. Завершена разработка и реализация опытного образца системы АРМ. Система АРМ представляет собой комплекс программно-технических средств, обеспечивающих подготовку АРМ к эксперименту на реакторе, проверку готовности АРМ на имитаторе реактора ИГР и реализацию ДП на реальном объекте управления. Система АРМ реализована на основе технических и программных средств ведущих фирм, выпускающих оборудование для целей управления и контроля динамическими объектами различного назначения, в частности фирмы National Instru-

mcnts.

5. Проведенные комплексные испытания и исследования системы АРМ как на имитаторе реактора ИГР, так и на реальном объекте управления, подтвердили соответствие технических характеристик АРМ заданным требованиям, установленных техническим заданием.

Работа завешена внедрением системы АРМ на реакторном комплексе ИГР, подтвержденная актом внедрения № 01-20/174 вн. от 19.06. 2005 г.

Основная часть материалов, представленных в диссертации опубликована в следующих работах:

1. Горбаненко, O.A. Моделирование и исследование динамики реактора ИГР с применением Simulink/ O.A. Горбаненко, A.C. Клименко: Тез. докл. Всероссийской научной конференции «Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB» (28-29 мая 2002). М.: ИПУ РАН. 2002. 207 е.: ил.

2. A.c. 201699 СССР, МКИ4 НОЗ М 1/87. Программно-задающее устройство/ К.В Беловольский, O.A. Горбаненко, Г.В. Костюкевич, (СССР).- № 3072160/23-23; заявлено 05.06.84.

3. A.c. 1179542 СССР, МКИ4 НОЗ М 1/86. Преобразователь кода в частоту с переменным коэффициентом преобразования/ O.A. Горбаненко, (СССР).- № 3728104/24-24; заявлено 05.03.84; опубл. 15.09.85, Бюл. №34.

4. A.c. 1039026 СССР, МКИ3 НОЗ К 13/02. Преобразователь кода в частоту/ O.A. Горбаненко, (СССР).- № 3404419/19-21; заявлено 05.03.82; опубл. 30.08.83, Бюл. №32

5. Горбаненко, O.A. Имитационная модель кинетики импульсного графитового реактора/ O.A. Горбаненко, A.C. Клименко//Инженерно-технический журнал КИПиА в Казахстане. - 2005, №2(08), - С. 57-61.

6. Горбаненко, O.A. Создание системы автоматического регулирования мощности реактора ИГР для реализации динамических режимов испытаний/ O.A. Горбаненко, K.M. Казьмин, В.В. Дзалбо //Известия томского политехнического университета, том. 305, вып. 3, 2002 г. С. 376-383. Тематический выпуск, посвященный 95-летию Н.П. Курина, «Проблемы и перспективы технологий атомной промышленности».

7. Горбаненко, O.A. Автоматический регулятор мощности: Новое качество и безопасность при реализации динамических режимов на реакторе ИГР/ O.A. Горбаненко, Ю.М. Казьмин.//Вестник НЯЦ PK «Атомная энергетика и безопасность АЭС»: вып. 1 - Курчатов, 2002 г.- С. 117-124.

Подписано к печати 11.11.05. Формат 60x84/16. Бумага "Классика". Печать RISO. Усл.печл. 1,22 Уч.-изд.л. 1,10 Заказ 1364. Тираж 100 экз.

ИШТЕДЬСТВОр^ТПУ. 634050, г Томск, пр. Ленина, 30

1

i

*

с.

i

I

f

t I

I !

i

t i

I \

i í

РНБ Русский фонд

2007-4 5286

»Sj .

* ** Fi^-.

2 9 ДЕК 2005

Введение.

Глава 1. Описание объекта управления.

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

1.2 Режимы работы реактора.

1.3 Особенности эксплуатации реактора в режиме автоматического регулирования мощности.

1.4 Методы исследования динамических систем.

1.5 Моделирование динамических систем.

1.6 Моделирование объекта управления.

V*. 1.7 Выводы.

Глава 2. Синтез систем автоматического регулирования мощности реактора

2.1 Основные подходы и методы конструирования систем управления.

2.2 Цели и задачи проектирования АРМ.

2.3 Синтез системы АРМ.

2.3.1 Синтез автоматического регулятора мощности.

2.4 Синтез вспомогательных устройств. ж 2.4.1 Устройство включения регулятора мощности.

2.4.2 Формирователь диаграммы пуска.

2.4.3 Устройство контроля состояния процесса регулирования.

2.5 Модельные исследования регулятора мощности.

2.5.1 Определение параметров настройки АРМ.

2.5.2 Исследование качества реализации диаграмм пуска на различных режимах регулирования мощности.

2.5.3 Анализ выбора способа включения регулятора.

2.6 Выводы.

Глава 3. Разработка и создание системы АРМ реактора ИГР.

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

3.1.1 Автоматический регулятор мощности реактора ИГР.

3.1.2 Исполнительное устройство АРМ.

3.1.3 Устройства согласования АРМ.

3.1.4 Коммутационное устройство АРМ.

3.2 Имитатор реактора ИГР.

3.3 Техническая реализация системы АРМ реактора ИГР.

3.4 Выводы.

Глава 4. Исследование опытного образца системы АРМ реактора ИГР.

4.1 Методические аспекты исследования системы АРМ реактора ИГР

4.2 Порядок проведения исследований системы АРМ-ИГР.

4.3 Результаты исследований системы АРМ.

4.4 Выводы.

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 программ, 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 (1-г-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.

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

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

4. 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.

4.4 Выводы

При проведении производственных испытаний и исследований системы были получены следующие результаты:

1. Качество реализации тестовых диаграмм пусков полностью соответствует заданным требованиям, а именно: максимальная ошибка регулирования при реализации выхода на установившейся режим мощности не превышает 10 %, в установившемся режиме - не более 2 %.

2. Система АРМ устойчива к воздействию ступенчатого возмущения по реактивности 0,1 и 0,2Д ., при этом величина перерегулирования не превышает 10 % при воздействии возмущения уровня 0,10эф, и 20 % при воздействии возмущения уровня 0,2 /3^.

3. Результаты исследований реакции АРМ на имитацию неисправности двух каналов ИУ при их движении вверх и вниз, соответственно, подтверждают, что АРМ обеспечивает устойчивую реализацию задания, при этом максимальная величина перерегулирования не превышает 8 %.

4. В течение 72 ч непрерывного тестирования системы АРМ реактора ИГР с периодической проверкой работоспособности регулятора мощности посредством реализации ТДП № 5 через каждые 4 ч работы системы, сбоев и отказов в системе отмечено не было.

Результаты производственных испытаний и исследований технических характеристик системы АРМ подтвердили полное их соответствие заданным требованиям.

Заключение

Данная работа была посвящена развитию и совершенствованию одной из важных составляющих технического обеспечения реакторного комплекса ИГР - разработке и исследованию системы автоматического регулирования мощности реактора ИГР, от эффективности и надежности которой зависит не только качество реализации реакторного эксперимента, но и безаварийная эксплуатация реакторной установки.

Решение этой задачи имело комплексный характер, так как в составе одной системы были реализованы две основные функции: подготовка системы АРМ к предстоящему эксперименту с использованием технических средств имитации объекта управления (реактора ИГР) - имитатора реактора ИГР, и обеспечение качественной реализации реакторного эксперимента в соответствии с заданными требованиями.

Важным достижением данной работы являлось то, что удалось решить проблему реализации наиболее «жестких» реакторных экспериментов с темпом изменения мощности не менее 500 МВт/с при уровне стабилизации мощности 1 ООО МВт благодаря разработке адаптивного регулятора мощности, синтезированного на основе модельных исследований динамических характеристик реактора ИГР, разработке алгоритмов включения и коррекции «пусковой» мощности. Применение современных программно-технических средств реализации системы позволило получить надежную и эффективную систему автоматического регулирования мощности реактора ИГР.

Глава 1 посвящена модельным исследованиям динамических характеристик реактора ИГР и содержит краткое описание истории создания реактора ИГР, его назначения и области применения.

Применение методов имитационного (компьютерного) моделирования позволило провести комплекс модельных исследований динамических характеристик реактора ИГР на основе разработанной имитационной модели кинетики реактора ИГР, отражающей основные особенности его работы.

Использование метода линеаризации позволило получить описание поведения исследуемого объекта управления (реактора ИГР) при конкретном значении выходного параметра (нейтронной мощности) в частотной области в виде передаточной функции. Полученная таким образом информация в виде семейства логарифмических амплитудных и фазовых частотных характеристик (JIA4X и ЛФЧХ) при уровнях мощности: 0,05; 0,1; 1; 10; 50; 100; 500; 1000; 2000 МВт, позволила выявить одну из существенных особенностей исследуемого объекта, а именно: модель реактора ведет себя как дифференцирующее звено в области низких частот и как интегрирующее в области верхних частот, при этом было отмечено, что при снижении мощности реактора, ЛАЧХ и ЛФЧХ смещаются в область низких частот.

Дальнейший анализ и обработка результатов модельных исследований динамических характеристик реактора ИГР, представленных в аналитической форме в виде передаточной функции восьмого порядка для каждого исследуемого уровня мощности, проводились в направлении понижения порядка модели объекта исследования с целью дальнейшего использования результатов исследований для синтеза системы автоматического регулирования мощности реактора ИГР.

Таким образом, впервые было получено описание модели реактора ИГР в аналитической форме в виде передаточной функции третьего порядка, представляющего собой обобщенную модель реактора ИГР. Особенностью данного представления динамических характеристик реактора ИГР на модели, является то, что в явном виде отражена зависимость динамических параметров исследуемого объекта от нейтронной мощности, а точнее от обратной величины мощности, что явилось предпосылкой для реализации автоматического регулятора мощности реактора ИГР (АРМ) с функцией адаптации по регулируемому параметру. Тем самым, цель исследования динамических характеристик реактора была достигнута.

В главе 2 изложены основные аспекты системного подхода к проектированию систем управления, приведено описание последовательности проектирования системы АРМ применительно к реактору ИГР.

Основное внимание в главе уделено синтезу алгоритма регулирования мощности реактора ИГР и алгоритмам, обеспечивающим функциональную законченность регулятора мощности (РМ), т.е. его автономную работоспособность. Разработаны следующие алгоритмы: формирования задания - диаграммы пуска; включения РМ и коррекции «пусковой» мощности относительно расчетного значения; контроля процесса регулирования.

На основе обобщенной модели реактора ИГР и с применением аналитических методов синтеза систем управления был разработан адаптивный алгоритм регулирования мощности и функциональная схема регулятора мощности (РМ). Проведенные модельные исследования РМ в диапазоне регулирования от 1 до 1000 МВт, позволили установить зависимость его параметров настройки от задания, тем самым получить необходимую информацию для реализации второго контура адаптации (автонастройки) по заданию. Таким образом, впервые для объекта управления подобного типа (реактор ИГР) был разработан и реализован адаптивный регулятор мощности.

Важной составляющей АРМ являлась процедура его включения, обусловленная тем, что «пуск/включение» АРМ осуществляется посредством формирования вспышки с параметрами, определяемыми задачами предстоящего РЭ. В соответствии с этим были разработаны алгоритмы включения АРМ в зависимости от вида реализуемой ДП, разделенные по функциональному назначению в зависимости от реализуемого режима пуска, а именно: по скорости изменения регулируемого параметра на начальном участке ДП и по уровню стабилизации мощности ДП. Учитывая, что на практике формирование «пусковой» мощности с заданными параметрами осуществить невозможно, был разработан алгоритм коррекции отклонений «пусковой» мощности от расчетного значения, что позволяет исключить срыв эксперимента по причине ошибки в задании режима включения.

Формирователь диаграммы пуска является следующим элементом в составе вспомогательных устройств. В главе приведено описание алгоритма формирования диаграммы пуска, реализованного на основе принципа линейно-кусочной аппроксимации функции времени.

Важным фактором в реализации АРМ реактора ИГР является обеспечение безопасной реализации реакторного эксперимента в режиме автоматического регулирования мощности. С целью уменьшения и исключения внештатных и аварийных ситуаций, в структуре регулятора были предусмотрены функции контроля готовности АРМ к эксперименту, а также контроля процесса регулирования в виде порогового контроля регулируемого параметра.

Проведенные модельные исследования АРМ показали, что его характеристики полностью удовлетворяют заданным требованиям, были достигнуты следующие параметры и характеристик АРМ: регулирование мощности в диапазоне от 1 до 1000 МВт при максимальном темпе изменения мощности на начальном участке ДП не менее 500 МВт/с, при этом максимальная погрешность регулирования в динамическом режиме не превышает 10 %, в режиме под держания заданного уровня мощности не более 1 %.

Исследования устойчивости АРМ показали, что обеспечивается устойчивое регулирование мощности при воздействии ступенчатого возмущения по реактивности с уровнем 0,2 рэф, при этом перерегулирование не превышает 20 %.

Таким образом, завершена разработка алгоритма регулирования мощности, синтез структуры АРМ, определены основные параметры и характеристики системы АРМ в целом.

Глава 3 посвящена вопросам структурно-функционального проектирования опытного образца системы АРМ реактора ИГР.

На основании полученного алгоритма регулирования мощности и разработанной на его основе структуры РМ системы АРМ и в соответствии с целями и задачами была разработана структура системы АРМ реактора ИГР, которая включает в себя два основных компонента: автоматический регулятор мощности и имитатор реактора ИГР.

Такое сочетание функциональных модулей (структуры) позволило комплексно решать задачу подготовки системы АРМ к работе на реакторе и обеспечить реализацию реакторного эксперимента в соответствии с заданными требованиями.

Особое внимание было уделено вопросу выбора программно-технических средств реализации системы АРМ, в частности, регулятора мощности. Эта задача имела принципиальное значение для обеспечения надежной и качественной работы АРМ.

В главе приведен обзор и обоснование выбранных технических и программных средств, приведены краткие технические характеристики оборудования, которое выбрано для реализации системы АРМ реактора ИГР.

В качестве основного оборудования и программного обеспечения АРМ использованы программно-технические средства фирмы National Instruments (N1).

Одним из важных элементов АРМ является исполнительное устройство, динамические параметры которого оказывают влияние на качество регулирования. В главе приведен анализ требований к исполнительному механизму из условия реализации «жесткого» пуска. По результатам анализа установлено, что скорость компенсации реактивности, обусловленной отрицательным ТКР, должна быть не менее 4,5 Рэф1с. В соответствии с этим были проведены модельные исследования неизменной части ИУ с целью определения возможности реализации «жестких» режимов на существующем оборудовании без проведения его модернизации. Результаты исследований показали, что существующее оборудование неизменной части ИУ обеспечивает возможность реализации данного предельного режима регулирования мощности. В дальнейшем модернизация ИУ коснулась только электронного оборудования, которое осуществляет управление ИД.

Следующим ответственным устройством в структуре АРМ является устройство согласования, обеспечивающее преобразование тока, поступающего от детектора нейтронного излучения (ионизационной камеры), в напряжение.

Учитывая, что диапазон регулирования мощности составляет несколько десятичных порядков, в устройстве согласования был использован логарифмический принцип преобразования входного сигнала, что позволило исключить необходимость проведения калибровки преобразователя ток/напряжение перед каждым пуском.

Производственные испытания логарифмического преобразователя ток/напряжение показали, что он хорошо работает с различными типами камер: камерой деления типа КНК и камерой внутризонного контроля типа КТВ. При этом обеспечивается устойчивое преобразование токового сигнала начиная с минимального уровня работы камер, в то время как штатные преобразователи, в лучшем случае, перекрывают диапазон не более двух порядков по входному сигналу. В целях повышения безопасного управления реактором, необходимо контролировать весь диапазон изменения нейтронной мощности, что и было достигнуто применением ЛПТН.

В данной главе также рассмотрены вопросы проектирования и реализации имитатора реактора ИГР, являющегося составной частью системы АРМ реактора ИГР. Приведена полная функциональная схема системы АРМ реактора ИГР, дано краткое описание.

Таким образом, в результате проведенной работы была завершена разработка опытного образца системы АРМ реактора ИГР в соответствии с заданными требованиями.

Глава 4 посвящена исследованию опытного образца системы АРМ реактора ИГР. По итогам проведения производственных исследований и испытаний опытного образца системы АРМ реактора ИГР были получены следующие результаты:

1. Качество реализации тестовых диаграмм пусков полностью соответствует заданным требованиям, а именно: 1) максимальная ошибка регулирования при реализации выхода на установившийся режим мощности не превышает 10 %, в установившемся режиме - не более 2 %.

2. Система АРМ устойчива при воздействии ступенчатого возмущения по реактивности 0,1 и 0,2 Д^,, при этом величина перерегулирования не превышает 10 % при воздействии возмущения уровня 0,1 /Зэф, и 20 % при воздействии возмущения уровня 0,2 Д^.

3. Исследования АРМ при имитации неисправности двух каналов ИУ при одновременном движении их вверх и вниз, соответственно, подтверждают, что АРМ обеспечивает устойчивую реализацию задания, при этом максимальная величина перерегулирования не превышает 10 %.

4. Ресурсные испытания АРМ в течение 72 ч с периодической проверкой его работоспособности показали его высокую надежность. В период проведения ресурсных испытаний сбоев в программном обеспечении и неисправностей в оборудовании АРМ зафиксировано не было.

Результатом представленной разработки является опытный образец системы АРМ реактора ИГР полностью удовлетворяющий заданным требованиям.

По материалам диссертационной работы опубликовано 10 работ, получено 3 авторских свидетельства, разработано более 25 технических и методических документов на систему АРМ реактора ИГР.

1. Курчатов, И.В. и др. Импульсный графитовый реактор ИГР/Доклад №322а, представленный СССР на третью международную конференцию по мирному использованию атомной энергии. Женева, 1964.

2. Кинетика и регулирование ядерных реакторов/Пер. с англ.; Под ред. Г.А. Гаврилова. М.: Атомиздат, 1973.

3. G.A. Freund, Н.Р. Iskenderian and D. Okrent. Treat, a pulsed graphic-moderated reactor for kinetic experiments. Second United reactor international conference on the peaceful uses of atomic energy. P. 1848, U.S.A., 1958

4. Кипин, Дж. P. Физические основы кинетики ядерных реакторов/Пер. с англ. М.: Атомиздат, 1967.

5. Импульсный графитовый реактор (ИГР). Опыт эксплуатации и экспериментальные исследования: Аналитический обзор/ДТП ИАЭ НЯЦ РК; рук. Пахниц В .А.; Инв. № Э170НО. Курчатов, 1997. - 103 с.

6. Бать, Г.А. и др. Исследовательские ядерные реакторы: Учебное пособие для вузов/Г.А. Бать, А.С. Коченов, Л.П. Кабанов. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 280 е., ил.

7. Шевелев, Я.В. Динамика ИГР (лекции для инженеров объекта), инв.-№70/Н0, ИАЭ им. И.В.Курчатова. 1962. 48с.

8. Автоматический регулятор мощности установки 100: Пояснительная записка к техническому проекту/РГП НЯЦ РК; О.А. Горбаненко, В.В. Щербатов; АК.65000.00.612 ПЗ, Инв. № К-444. Семипалатинск - 21, 1985. - 52 с.

9. Gould Н., and J. Tobochnik. An Introduction to Computer Simulation Methods / Application to Physical System. 1996 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc. ISBN 0-201-50604-1.

10. Цисарь, И. Компьютерное моделирование экономики/И. Ф. Цисарь, Г. М. Нейман, М.: Диалог-МИФИ, 2002.

11. Шелобаев, С. И. Математические методы и модели в экономике, финансах и бизнесе / Учебное пособие для вузов. М.: ЮНИТИ, 2001.

12. Самарский, А. А., Михайлов, А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. 2-е . изд., испр. М.: Физматлит, 2001.

13. Шеннон, Р. Имитационное моделирование систем. Искусство и наука. М.: Мир, 1978.

14. Семененко, М. Г. Введение в математическое моделирование. М.: Солон-Р, 2002.

15. Математическое моделирование/ Под ред. Дж. Эндрюса, Р. Мак-Лоуна; Пер. с англ. М.: Мир, 1979.

16. Краснощекое, П. С., Петров А.А. Принципы построения моделей. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ФАЗИС, 2000.

17. Советов, Б. Я., Яковлев, С. А. Моделирование систем. Л.: Наука,1976.

18. Максимей, И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988. — 232 е.: ил.

19. Дорф, Р. Современные системы управления/ Р.Дорф, Р. Бишоп. Пер. с англ. Б.И. Копылова. М.: Лаборатория базовых знаний, 2002. - 832 е.: ил.

20. RT-LAB v7.0 User's Manual. Opal-RT Technologies Inc., 2002.

21. Бусленко, H. П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1976.-240 с.

22. Бусленко, Н. П. Лекции по теории сложных систем. М.: Сов. Радио, 1973.-493 с.

23. Емельянов, С. В., Калашников, В. В. Исследование сложных систем с помощью моделирования. — В кн. Техническая кибернетика. М.: Наука, 1981, Т. 14.

24. Советов, Б. Я., Яковлев, С. А. Проблемы разработки информационно-вычислительных систем коллективного пользования. В кн.: Автоматизированные системы переработки информации и управления. JL: Высшая школа, 1977.

25. Эйкхофф, П. Основы идентификации систем управления /Под ред. Н. С. Райбманова: Пер. с англ. В. А. Лотоцкого и А. С. Манделя. М.: Мир, 1975. - 683 е.: с ил.

26. Ljung L. and Т. Glad. Modeling of Dynamic System. 1994 by Prentice Hall, Inc.

27. Штейнберг, Ш.Е. Идентификация в системах управления. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 80 е.: с ил. - (Б-ка по автоматике; Вып. 668).

28. Гроп, Д. Методы идентификации систем/ Под ред. Е. И. Кринецкого: Пер. с англ. В. А. Васильева. М.: Мир.: 1979. - 322 е.: с ил.

29. Goodwin G. С., and R. L. Payne. Dynamic system identification: Experiment design and data analysis. Academic Press. 1977.

30. Цыпкин, Я.З. Основы информационной теории идентификации. -М.: Наука, 1984.-198 с.

31. Дьяконов, В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем: Специальный справочник/ В. Дьяконов, В. Круглов. СПб.: Питер, 2002.-448 с.

32. Романов, А.Н., Жабаев, В. П. Имитаторы и тренажеры в системах отладки АСУ ТП М.: Энергоатомиздат, 1987. - 112 е.: ил. - (Б-ка по автоматике; Вып. 699).

33. Хетрик, Д. Динамика ядерных реакторов /Пер. с англ. М.: Атомиз-дат, 1975.-398 е.: ил.

34. Шульц, М.А. Регулирование энергетических ядерных реакторов: Пер. с англ.-М.: Изд-во, иностр. лит., 1957 453 с.

35. Деменеьев, Б.А. Кинетика и регулирование ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1973.-292 с.

36. Шокотько, А.Г. Строгое уравнение кинетики ядерного реактора//

37. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика и техника ядерных реакторов. 1988, Вып. 4, с. 3.

38. Протокол исследования температурного коэффициента реактивности реактора ИГР // ДТП ИАЭ НЯЦ РК. Инв. № Э112НО. Курчатов, 1996. - 12 с.

39. Горбацевич, Е.Д. Аналоговое моделирование систем управления/ Е.Д. Горбацевич, Ф.Ф. Левинзон. М.: Наука, 1984. - 304 с.

40. Гулевич, А.В., Зродников, А.В. Быстрое интегрирование уравнений кинетики реактора в задачах с большими возмущениями реактивности// Атомная энергия. -1989. -октябрь. Т. 67. - Вып. 4. - С. 246-251.

41. Тухветов, Ф.Т., Акимов, И.С. Модель и программа для эксплуатационных расчетов динамики реактора с обратными связями по реактивно-сти//Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика и техника ядерных реакторов, 1986. Вып. 1-. 28.

42. Потемкин, В.Г. MATLAB: Справочное пособие. М.: Диалог-МИФИ, 1997.-350 с.

43. Дъяков, В.П. VisSim+Mathcard+MATLAB. Визуальное математическое моделирование. М.: Солон-Пресс, 2004. - 384 е.: ил. - (Серия «Полное руководство пользователя»).

44. MATLAB The Language of Technical Computing. Using MATLAB, Version 6. The Math Works, 2003.

45. SIMULINK, Dynamic System Simulation for MATLAB. Using Simu-link, Version 4, Math Works, Inc, 2003.

46. VisSim: User's Guide, Ver. 5.0. Visual Solutions, Inc., 2003.

47. DYMOLA. Dynamic Modeling Laboratory. User's Manual. Ver. 4.1b. Dynasim AB. 2001.

48. М. G. Safonov, R. Y. Chiang and D. J. N. Limebeer, "Optimal Hankel Model Reduction for Nonminimal Systems," IEEE Trans, on Automat. Contr., vol. 35, No. 4, April, 1990, pp. 496-502

49. Антушев, Г.С. Методы параметрического синтеза сложных технических систем. М.: Наука, 1989.

50. Абдулов, Н.Д., Петров Ю.П. Теория и методы проектирования оптимальных регуляторов. JI.: Энергоатомиздат, 1985.

51. Солодовников, В.В. Основные черты технической кибернетики. В кн.: Автоматическое управление и вычислительная техника. Вып. 1, М.: Маш-гиз, 1958.-С. 5-21.

52. Иващенко, Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. Учебник для вузов. 4-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1978.-736 с.

53. Зотов, М.Г. Многокритериальное конструирование систем автоматического регулирования/ М.Г. Зотов М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. -375 е.: ил.

54. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник: В 3-х т./Под ред. Н.Е. Егупова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - Т. 2: Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления - 736 е.: ил.

55. Кулаков, Г.Т. Анализ и синтез систем автоматического регулирования. М.: Технопринт, 2003. - 134 с.

56. Лурье, Б.Я., Энрайт, П.Д. Классические методы автоматического управления. Изд-во БХВ-Петербург, 2004. - 624 с.

57. Дьяков, В.П. Matlab 6.5 SP 1/7.0 + Simulink 5/6. Основы применения. М.: Изд-во СОЛОН-Пресс, 2004. - 800 с.

58. Лазарев, Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB: Учебный курс. Изд-во Питер, 2004. - 652 с.

59. Автоматический регулятор мощности: Техническое задание на разработку/ РГП НЯЦ РК. Инв. № Э/7150. - Курчатов, 2000. - 11 с.

60. Общие положения обеспечения безопасности исследовательских реакторов. (ОПБ ИР-94): ПНАЭГ-16-34-94. Москва, 1994.

61. Правила ядерной безопасности импульсных исследовательских ядерных реакторов (ПБЯ-05-77).- Москва: ГКАЭ СССР, 1978.

62. Следящая система положения компенсирующего стержня. Выбор и обоснование сервопривода: Отчет о НИР/РГП НЯЦ РК; рук. Горбаненко О.А. -Уч. № 600-03/866-1. Курчатов, 1999. - 17 с

63. Филиллис, Ч. Системы управления с обратной связью/ Ч. Филиллис, Ч., Р. Харбор. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. 616 с.: ил.

64. Макаров, И.М. Линейные автоматические системы: элементы теории, методы расчета и справочный материал/ И.М. Макаров, Б.М. Менский. -М.: Машиностроение, 1977.

65. Dingyu Xue Linear Feedback Control: Andlysis and Design with MAT-LAB/ Dingyu Xue, YangQuan Chen and Derek P. Atherton, Spring Verlag, London, Paris, July3,2003.

66. Савин, Г.И. Системы моделирования сложных систем: Математическое моделирование. Вып. 3 М.: ФАЗИС: ВЦ РАН, 2000. - 276 с.

67. К. J. Astrom and Hagglund. Automatic Tuning of PID Controllers. Instruments Society of America, 1998.

68. Результаты исследования следящей системы положения рабочего органа СУЗ реактора ИГР: Протокол испытаний/РГП НЯЦ РК; О.А. Горба-ненко, Г.С. Мерисов; АК.65000.00.719 Д, Инв. № К-38176. Курчатов, 2001. -14 с.

69. А.с. 201699 СССР, МКИ4 НОЗ М 1/87. Программно-здающее устройство/ К.В Беловольский, О.А. Горбаненко,. Г.В Костюкевич, (СССР).- № 3072160/23-23; заявлено 05.06.84.

70. А.с. 1179542 СССР, МЕСИ4 НОЗ М 1/86. Преобразователь кода в частоту с переменным коэффициентом преобразования/ О.А. Горбаненко, (СССР).- № 3728104/24-24; заявлено 05.03.84; Опубл. 15.09.85, Бюл. №34.

71. А.с. 1039026 СССР, МКИ3 НОЗ К 13/02. Преобразователь кода в частоту/ О.А. Горбаненко, (СССР).- № 3404419/19-21; заявлено 05.03.82; Опубл. 30.08.83, Бюл. №32.

72. Labview: User Manual /Part No 320999D-01 National Instruments Corporation. November 2001 Edition. режим доступа: http ://www.natinst.com.

73. Labview: Control Design Toolkit User Manual /Part No 371057A-01 National Instruments Corporation. April 2004 Edition. режим доступа: http://www.natinst.com.

74. Vissim/Comm: User's Guide, Ver. 5.0. Visual Solutions, Inc., 2003

75. Система автоматического регулирования мощности реактора ИГР: Программа и методика испытаний/ РГП НЯЦ РК. Инв. № 40138. Курчатов , 2003.

76. Goodwin, Graham С. Control system design/ Graham С. Goodwin, Stefan F. Graebe, Mario E. Salgodo. Prentice-Hall, Inc., 2001.

77. Optimal tuning of PID controllers for first oder plus time delay models using dimensional analysis/ Saeed Tavakoli, Mahdi Tavakoli, Department of Automatic Control and Systems Engineering. Canada, 2003.

78. Система автоматического регулирования мощности реактора ИГР.

79. Анализ и синтез структуры: Отчет о НИР/РГП НЯЦ РК; рук. О.А. Горбаненко Уч. № 600-03/866-2. Курчатов, 1999. - 25 с.

80. Каталог продукции. ProSoft. V. 4.0. режим доступа: http://www.prosoft.ru

81. The Measurement and Automation/Catalog 2004. National Instruments. -режим доступа: http://www.ni.com.

82. Automation System. Allen Bradley/Catalog 2002. Rockwell Automation. режим доступа: http://www.ab.comr 83. PXI-8145 RT/User Manual, National Instruments, July 2001 Edition, Part

83. Number 3323019A-01. режим доступа: http://www.ni.com

84. PXI-6025E/User Manual, National Instruments, January 1999 Edition, Part Number 322072B-01. режим доступа: http://www.ni.com

85. N1-6515 Specification, National Instruments. режим доступа: http://www.ni.com

86. Advantech/Catalog v. 91. Advantech Inc. 2004. режим доступа: http:// www.advantech.com

87. PXI-1031/User Manual. National Instruments, February 2004 Edition, Part Number 323681A-01. режим доступа: http://www.ni.com

88. LabVIEW/User Manual. National Instruments, January 1998 Edition, Part Number 320999B-01. режим доступа: http://www.ni.com

89. LabVIEW/Real-Time Module User Manual. National Instruments, April 2004 Edition, Part Number 322154E-01. режим доступа: http://www.ni.com

90. Усовершенствование CCKC установки ЮО/Отчет о НИР. К.В. Бело-вольский, Г.В. Костюкевич. Инв. № Д-887, Курчатов-1980.

91. Основы проектирование следящих систем./Под редакцией д-ра техн. наук проф. Н.А. Лакоты. М.: Машиностроение, 1978, -391 с.

92. Ганэ, В.А., Степанов В.Л. Расчет следящих систем: Справочное пособие. — Минск, Высш. шк., 1990. — 230 е.: ил.

93. Герман-Галкин, С. Г. и др. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями/С.Г. Герман-Галкин, В.Д. Лебедев, Б.А. Марков, Н.И. Чичерин. Л.: Энергоатомиздат, Ленигр. отд-ние, 1986 - 248 е., ил

94. Чистов, В.П. и др. Оптимальное управление электроприводами постоянного тока. М.: Энергия, 1968, - 232 с.

95. Installation and operation insraction/Regenerative drive Model KBRG-212 D, Penta KB Power, KB Electronics, Inc., 1997.

96. Следящая система положения рабочего органа СУЗ реактора ИГР/Инструкция по эксплуатации, РГП НЯЦ РК; О.А Горбаненко, Г.С Мери-сов; АК.65000.00.719 РЭ; Инв. № К-38174. Курчатов, 2001. - 35 с.

97. Исследования динамических характеристик исполнительной части АРМ СУЗ реактора ИГР/Протокол производственных исследований и испы-таний/ДГП ИАЭ НЯЦ РК; Уч. № Э/336 от 15.09.03.

98. Исследования следящей системы по положению рабочего органа СУЗ реактора ИГР: Программа и методика испытаний/РГП НЯЦ РК; О.А. Горбаненко, Г.С. Мерисов; АК.65000.00.719 ПМ; Инв. № К-38173. Курчатов, 2001.-15 с.

99. Исследования динамических характеристик ИУ АРМ СУЗ реактора ИГР/Рабочая программа/ДГП ИАЭ НЯЦ РК; Уч. Э/275 от 09.07. 03.

100. Precision logarithmic and log ratio amplifier LOG 102. Operating instruction. Burr-Brown products from Texas Instruments. SBOS211-December 2001. режим доступа: www-s.ti.com/sc/ds/logl 02.pdf.

101. Система автоматического регулирования мощности реактора ИГР/Преобразователь тока в напряжение. Горбаненко О.А., Клименко А.С. АК.65000.00.862 РЭ; Инв. № К-40272. Курчатов, 2003. - 18 с

102. Marco A. A. Sanvido, Walter Schaufelberger. Design of a Framework for Hardware-In-The-Loop Simulations and Its Application to a Model Helicopter Automatic Control Laboratory. Available from http://www.control.ethz.ch.

103. HIL is Process Issue. dSPACE NEWS. 2005, No.l, pp. 26-27. Available from http://www.dpaceinc.com. * 104. DAQ Lab VIEW RT// PCI/PXI 7030 and LabVIEW User Manual. National Instruments, April 1999 Edition, Part Number 322154A-01. http://www.ni.com.

104. Система автоматического регулирования мощности реактора ИГР/Подсистема имитации реактора ИГР. Горбаненко О.А., Клименко А.С. Руководство по эксплуатации. АК 65000.00.853 РЭ, Инв. № К-39301. Кург, чатов, 2002. 16 с.

105. Система автоматического регулирования мощности реактора ИГР/Подсистема имитации реактора ИГР. Горбаненко О.А., Клименко А.С. Описание программы. АК 65000.00.978-01 13-01-1-ЛУ, Инв. № К-40136. Курчатов, 2002. - 31 с.

106. Горбаненко, О.А., Клименко, А.С. Имитационная модель кинетики 4- импульсного графимого реактора//Инженерно-технический журнал КИПиА в

107. Казахстане. 2005, - №2(08), - С. 57-61.

108. S Bennett. Development of PID controllers. IEEE Control System Magazine, 13(2): 58-65, 1993.

109. K. J. Astrom and Hagglund. PID Controllers: Theory, Design and Twining. Instruments Society of America, 1995.

110. L. P. Wang and W.R. Cluett. From Plant Data to Process: Ideas for Process Identification and PID Design. Taylor & Francis, Research Triangle Park, 8v 2000.

111. К. K. Tan, Q. G.Wang, С. C. Hang and T. Hagglung. Advances in PID Controllers. Advances in industrial control. Springer Verlag, 2000.

112. M. J. Willis. Proportional-Integral-Derivative Control. Department of Chemical and Process Engineering, University of Newcastle. 1999.

113. John A. Shaw. The PID Control Algorithm. Process Control Solutions.2001.

114. Hang C.C., Astrom К.J., Ho W.K., Refinements of the Ziegler-Nichols tuning formula, IEE Proceeings-D, vol.138, No. 2 pp.111-118, 1991.

115. Краус M., Эвошни Э., Измерительные информационные системы/Пер. с нем.-М.: Мир, 1975. -299 с.

116. Isermann R., Digitale regelsysteme, Bd.l.Springer-Verlag, 2 Auflag,1988.

117. Astrom K.J., Wittenmark B. Computer control system -theory and design, Prentice-Hall, Englewood Cliffs-1984.

118. Hwang, S.-H. and Fang, S.-M., Closed-loop tuning method based on dominant pole placement, Chemical Engineering Communications, Vol. 136, 1995, pp. 45-66.

119. Lopez, A.M., Smith, C.L. and Murrill, P.W., An advanced tuning method, British Chemical Engineering, Vol. 14,1969, pp. 1553-1555.

120. Gorez, R., A survey of PID auto-tuning methods, Journal A, Vol. 38, 1997, pp. 3-10

121. Persson, P. and Astrom, K.J., PID control revisited, Proceedings of the IF AC 12th Triennial World Congress, Sydney, Australia, 1993, pp. 451-454.

122. Ротач, В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. М.: Энергия, 1973. - 440 с.

123. Стефанов, Е.П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. М.: Энергия, 1972. — 376 с.

124. Автоматизация настройки систем управления/Ротач В.Я., Клюев А.С. и др.: Под ред. Ротач В.Я. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 272 с.

125. Koivo, H.N. and Tanttu, J.T., Tuning of PID controllers: survey of SISO and MIMO techniques, Proceedings of the IFAC Intelligent Tuning and Adaptive Control Symposium, 1991, Singapore, pp. 75-80.

126. Strom, K.J., Hagglund, Т., Hang, C.C. and Ho, W.K., Automatic tuningand adaptation for PID controllers a survey, Control Engineering Practice, Vol. 1, 1993, pp. 699-714.

127. Ziegler, J.G. and Nichols, N.B., Optimum settings for automatic controllers, Transactions oftheASME, Vol. 64, 1942, pp. 759-768.

128. De Paor, A.M., A fiftieth anniversary celebration of the Ziegler-Nichols PID controller, International Journal of Electrical Engineering Education, Vol. 30, 1993, pp. 303-316.

129. Hang, C.C. and Astrom, K.J., Refinements of the Ziegler-Nichols tuning formuale for PID auto-tuners, Proceedings of the ISA/88 International Conference and Exhibition. Advances in Instrumentation, Vol. 43(3), 1988, pp. 1021-1030.

130. Lopez, A.M., Millar, J.A., Smith, C.L. and Murrill, P.W., Tuning controllers with error-integral criteria, Instrumentation Technology, November, 1967, pp. 57-62.

131. Astrom, K.J. and Hagglund, Т., Automatic tuning of simple regulators with specifications on phase and amplitude margins, Automatica, Vol. 20, 1984, pp. 645-651.