CARR控制棒驱动机构试验样机电磁力研究

为获得中国先进研究堆(CARR)控制棒驱动机构电磁力及电磁场分布,对控制棒驱动机构进行了受力分析,设计制造CARR控制棒驱动机构试验样机。在试验样机上进行了电磁力试验,使用有限元分析软件Ansoft Maxwell对试验样机电磁场及电磁力分布进行仿真分析,计算得到了试验样机磁感应强度分布曲线和电磁力分布数据,以及永磁体磁场对电磁场的影响和结构参数对电磁力的影响。仿真结果与试验值符合较好,研究结果为CARR控制棒驱动机构电磁力研究和同类型控制棒驱动机构设计提供了参考。     

控制棒驱动机构步进运动特性研究

控制棒驱动机构步进运动由钩爪组件的提升衔铁在竖直方向上升和下降的交替运动实现。通过对控制棒驱动机构步进运动进行分解,采用有限元方法建立电路-磁路-机械运动耦合的动态计算模型,对控制棒驱动机构步进运动过程中电磁力、电流、位移和时间关系进行研究,得到步进运动的提升时间、下降时间、衔铁吸合时电流和电磁力等运动特性参数。     

控制棒驱动机构动态提升特性研究

基于控制棒驱动机构的磁路和电路方程以及对控制棒驱动机构动态提升过程分析,分别推导出系统静态过程和动态过程的磁路-电路-机械运动耦合方程.采用解析解的方法求解提升起始电流和提升起始时间.采用ASME规范推荐的动态分析的数值仿真方法模拟控制棒驱动机构动态提升过程,分析磁极和衔铁间不同设计间隙下系统的提升特性.结果表明,衔铁起始提升时间随着设计间隙增大而增大,且设计间隙越大,提升所需时间越长;提升速度随着时间的增加而增大,且随着时间的增加,提升加速度增大,设计间隙越小,提升结束时的冲击加速度越大.     

CARR控制棒驱动机构堆外调试试验

中国先进研究堆（CARR）控制棒由磁力驱动。为进行CARR控制棒堆外调试试验,建造了模拟CARR热工水力条件的试验回路。试验中发现驱动机构存在一些问题,提出改进建议,得到CARR工程部和设计者认可。对驱动机构进行了一些改进,试验测量了线圈温度、落棒时间、极限流量和极限载荷等重要参数,试验证明经改进的控制棒驱动机构达到了设计要求。     

西安脉冲反应堆半实物仿真系统设计研究

为了给在建中的西安脉冲堆数字化仪表与控制系统提供调试用模拟信号源、验证功率调节方法以及人员培训等,研制了一套西安脉冲反应堆半实物仿真系统。提出了半实物仿真系统的设计思想,设计了系统框架。改进了堆芯仿真物理模型,使用MATLAB编制了堆芯实时仿真程序。采用组态王软件编制了人机界面,采用可编程控制器S7-200进行棒位控制和棒位测量。研制了控制棒驱动机构模拟件、信号发生器和手动操作盘等多个硬件设备,建立了系统内部的通讯。在该半实物仿真系统上模拟了升、降控制棒的功率变化和发射脉冲后的脉冲参数,与堆上实验结果符合较好,测量了信号发生器的输出信号,与预期一致。结果表明,该半实物仿真系统能够实现设计目的且性能良好。      

新型控制棒可动线圈电磁驱动线落棒试验

为检验新型控制棒可动线圈电磁驱动线的综合性能,进行了该控制棒驱动线的落棒试验.测量了密封筒内的衔铁及筒外的可动电磁线圈之间的跟随特性、断交流和断直流状态下的快速落棒时间,并对控制棒导向管和控制棒组件之间摩擦方式变化时落棒时间的变化、球阀对控制棒驱动线落棒时间的影响等进行了研究,得到了该控制棒驱动线在不同状态下的落棒时间以及影响快速落棒时间的综合因素等试验数据.试验研究结果可为该驱动线的调试及安全运行提供借鉴.     

中国先进研究堆控制棒驱动机构动态反向性能研究

在中国先进研究堆(CARR)调试试验期间,发现控制棒驱动机构在反向过程中存在驱动线圈与控制棒运动不同步的现象。为掌握控制棒驱动机构的反向性能参数,在主冷却剂系统运行条件下进行了控制棒驱动机构动态反向性能测试试验。试验数据和分析结果表明:驱动线圈与控制棒运动不同步是磁悬浮式控制棒驱动机构固有特性;棒位、棒速和驱动线圈通电电流大小等因素对动态条件下反向性能影响不大,且4组驱动机构动态条件下反向性能具有一致性;动态反向性能优于静态,是由控制棒驱动机构电磁力分布决定的。     

控制棒驱动机构电流响应特性分析

控制棒驱动机构的提升与下插动作需要钩爪部件与3个电磁线圈配合完成,对线圈电流的动态响应过程要求较为严格。采用Simulink软件搭建控制棒驱动机构棒控系统与线圈部件的等效回路,计算分析控制棒驱动机构线圈电阻、电感、端电压等因素对线圈电流响应时间的影响;采用电磁分析软件MAGNET对移动线圈中电流的变化过程进行仿真分析。最终得到控制棒驱动机构线圈电流响应时间与线圈端电压、线圈等效电感、电阻以及棒控回路形式的关系。     

中国先进研究堆控制棒驱动线截断阀的设计与性能试验

中国先进研究堆(CARR)控制棒驱动线截断阀用于控制棒驱动机构检修时截断与主回路相通的通道,防止主回路冷却水的大量流失,是保证CARR堆检修安全和降低检修成本的重要设备之一.本文设计了气动式截断阀,实现了CARR堆检修控制棒驱动机构不需要放空冷却水以及辅助换料的功能,并按相关规范要求对其性能进行了实验验证.结果表明,该截断阀的各项性能均满足设计要求.     

磁悬浮式控制棒驱动机构静水转向性能研究

在中国先进研究堆(CARR)调试阶段,发现其控制棒驱动机构在转向过程中存在驱动线圈与控制棒运动不同步的现象。为掌握控制棒驱动机构的转向性能参数,在静水条件下进行了控制棒驱动机构转向性能测试试验。试验表明:驱动线圈与控制棒运动不同步是磁悬浮式控制棒驱动机构的固有特性;棒位、棒速和驱动线圈通电电流大小等因素对静水条件下转向性能影响不大,且四组驱动机构静水条件下转向性能具有一致性。     

高精度电流传感器的数字PID控制算法研究

基于数字信号处理器(DSP)TMS32OF2812和片外D/A转换器,研究数字PID控制算法用于高精度电流传感器(HPCT)的误差控制,利用先进的PID控制算法,实现高精度电流传感器HPCT的数字化.在深入分析增量式数字PID算法流程的基础上,给出了HPCT控制框图模型,利用Matlab从理论上进行了可行性仿真,并在DEC-2812开发板上验证了该PID控制算法,具有易于控制,实现简单等特点.     

MNSR控制系统仿真研究

通过对微型中子源反应堆（MNSR）控制系统理论分析，建立相应的Simulink模型，开展MNSR控制系统的仿真分析。为便于稳定性分析，对MNSR控制系统的数学模型进行了降阶和离散化，在降阶和离散化后的开环传递函数的基础上，利用Matlab工具的根轨迹分析工具箱，进行了稳定性分析，得到了不同采样时间下的临界增益。在反应堆稳态运行时引入正的阶跃反应性的情况下，进行了不同采样时间T_s下的PID控制器的比例系数K_p的整定，确定了两个T_s下的K_p的最佳整定值。随后，整定了不同T_s和K_p下的最佳微分系数K_d。T_s、K_p和Kd整定后，在T_s=60 ms、K_p=2 500和K_d=300的情况下，分析了负阶跃反应性输入和斜坡反应性输入时的反应堆的中子通量密度、控制棒速度以及控制棒引入的反应性的响应。仿真分析的结果表明，有关MNSR控制系统的Simulink建模准确，分析数据可靠，为MNSR控制系统的软硬件设计提供了理论基础。     

Simulation Research on Control System of MNSR

By the theoretical analysis of the Miniature Neutron Source Reactor (MNSR) control system, the corresponding Simulink model was established and the simulation analysis of the MNSR control system was carried out. To facilitate the stability analysis, the mathematical model of the MNSR control system was reduced and discretized, based on the open-loop transfer function after reduction and discretization, the stability analysis was performed using the rltool analysis toolbox of the Matlab, and the critical gain for different sampling time was obtained. The calibration of the proportional coefficientK_p for the PID controller at different sampling time Ts was carried out with the introduction of positive step reactivity in the steady-state operation of the reactor, and the optimal calibration values ofK_p at different sampling time were determined. The optimal differential coefficientK_d at differentT_s andK_p was calibrated. After calibrations ofT_s,K_p andK_d, the reactor neutron flux density, control rod velocity and response to control rod introduction reactivity at negative step reactivity input and slope reactivity input were analyzed atT_s=60 ms,K_p=2 500 andK_d=300. The results of the simulation analysis show that the Simulink modeling about the MNSR control system is accurate and the analytical data are reliable, which provides a theoretical basis for software and hardware designs of the MNSR control system.     

中国先进研究堆首次临界实验模拟计算

介绍了中国先进研究堆首次临界实验的原理、方法和步骤。在没有参考堆,未进行零功率物理模拟实验的情况下,主要利用数值计算方法对首次临界实验过程进行模拟分析,得到了燃料组件数外推以及控制棒棒栅高度外推模拟曲线等数据,预测了临界燃料组件数和临界棒栅高度。为即将进行的首次临界实验提供了必要的参考数据。     

反应堆中子通量密度仿真研究

核电厂作为特殊企业,对职工的培训尤为重要,而培训中,仿真系统是必不可少的环节。强果用经典的点堆模型方程,仿真精度不够,不能实现物理仿真。本文利用因子分解方法解中子通量密度函数,在求解中子通量密度形状函数量,通过适当的模型简化,使其可以在一般的ＰＣ机上实现。     

Multivariable Online Adaptive PID Controller for Plasma Current,Shape, and Position in Tokamaks

Nuclear fusion is one of the newest and most promising clean and safe energies hence, it imposes a new research area of control. In this paper, the design of a multivariable adaptive proportional-integral-derivative (PID) controller for the control of the plasma current, shape and position to ensure the safe operation of the fusion reactor is successfully developed. The recursive least square algorithm is used in an alternative way as an adaptation mechanism for tuning PID controller gains. Since stability is a vital issue in the evaluation of control systems, therefore stability analysis of the proposed controller is developed using the Lyapunov stability theory. The main objective of plasma current, shape and position controller in fusion reactors is to improve the stability and the performance of tokamak magnetic systems without contravening the limits imposed by the actuating coils voltages physical limitations. The proposed APID (adaptive PID) controller tunes online its parameters to cope with the presence of the disturbance or any parameters changes occur during the operation. The results of the proposed APID on a simulation code of a tokamak show a noteworthy improvement with respect to those obtained with other control techniques in the cases of changing the initial controller gains, adding disturbance signal and variation in the reactor model parameters.     

加速器数字反馈控制的MATLAB仿真

介绍了应用MATLAB对加速器数字反馈控制的仿真．包括对实验平台数学模型的稳定性分析、时域特性和频域特性的研究,及控制算法的设计．为在实验平台开展数字反馈控制研究提供重要的参考依据。     

核反应堆模糊PID控制的实验模拟系统

在核反应堆实验模拟系统上进行了核反应堆模糊ＰＩＤ控制的研究，研究结果表明：采用模糊ＰＩＤ控制器控制核反应堆系统，在负载改变时能较快抑制冷却剂温度变化，稳态精度高，可以达到很好的控制效果。