基于核電站比例積分控制器的噪聲分析方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種基于核電站比例積分控制器的噪聲分析方法及裝置，包括：控制主機接收用戶所輸入的標準值E1以及Alpha噪聲的屬性信息，并分別轉(zhuǎn)發(fā)輸出；與所述控制主機連接的Alpha噪聲模擬器依據(jù)所述Alpha噪聲的屬性信息進行Alpha噪聲模擬，輸出噪聲d；核電站控制器板卡依據(jù)PI調(diào)節(jié)算法對核電站進行控制，其輸入值分別為E1和E2，系統(tǒng)響應為y，所述E2為系統(tǒng)響應y與所述輸出噪聲d疊加之和；所述控制主機還用于顯示所述系統(tǒng)響應y。由上，通過模擬Alpha噪聲，并將噪聲作用于核電站控制器板卡的PI控制回路中，從而采用半實物仿真系統(tǒng)驗證出Alpha噪聲對于核電站控制器板卡的影響。
【專利說明】
基于核電站比例積分控制器的噪聲分析方法及裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及核電控制技術領域，特別涉及一種基于核電站比例積分控制器的噪聲 分析方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 在通信技術領域，傳統(tǒng)上信號的噪聲背景常采用加性高斯分布模型來描述。實際 上，這種假設是不準確的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在大氣噪聲、聲納以及潛水艇通信中的水聲信號及噪 聲具有與高斯噪聲很相似的分布特性，但是較高斯噪聲有較厚的拖尾。現(xiàn)已證實，這種具有 尖峰脈沖特性，并具有較厚拖尾的噪聲可以用a穩(wěn)定分布來描述?，F(xiàn)有的開發(fā)過程大多數(shù)使 用實際的設備進行各種實驗，而不當?shù)妮斎胄盘柡涂刂扑惴赡茉斐珊穗娬究刂破靼蹇ú?可逆轉(zhuǎn)的損壞。而純軟件仿真多用于理論分析與研究，脫離實際生產(chǎn)，指導意義也不大。
[0003] 半實物仿真(HILS)已在各種工程領域，如軍工，汽車制造，機器人技術和電力電子 等被使用。半實物仿真用來開發(fā)和分析復雜的系統(tǒng)。半實物仿真包括驅(qū)動器和發(fā)射器的電 氣仿真。這些電模擬是軟件仿真和真實物體之間的橋梁。HILS用來解決硬件測試的成本太 高，算法是不夠靈活的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于，提供一種基于核電站比例積分控制器的噪聲 分析方法及裝置，所述方法包括：
[0005] 控制主機接收用戶所輸入的標準值E1以及Alpha噪聲的屬性信息，并分別轉(zhuǎn)發(fā)輸 出；
[0006] 與所述控制主機連接的Alpha噪聲模擬器依據(jù)所述Alpha噪聲的屬性信息進行 A1 pha噪聲模擬，輸出噪聲d;
[0007] 核電站控制器板卡依據(jù)PI調(diào)節(jié)算法對核電站進行控制，其輸入值分別為El和E2， 系統(tǒng)響應為y，所述E2為系統(tǒng)響應y與所述輸出噪聲d疊加之和；
[0008] 所述控制主機還用于顯示所述系統(tǒng)響應y。
[0009] 由上，通過模擬Alpha噪聲，并將噪聲作用于核電站控制器板卡的PI控制回路中， 從而采用半實物仿真系統(tǒng)驗證出Alpha噪聲對于核電站控制器板卡的影響。
[0010] 可選的，所述Alpha噪聲模擬器利用LabVIEW實現(xiàn)，采用標準SaS分布模型，其特征 函數(shù)滿足：
[0014] -〇〇<a<+°° ,0<a^2,-1 ^0^1 ；
[0015] 所述Alpha噪聲的屬性信息包括:a，表示特性參數(shù)；y，表示分散系數(shù)也表示對稱 系數(shù)，a，表示位置特性參數(shù)。
[0016] 可選的，分別對所述特性參數(shù)a由小到大取值為〇. 6、1.2和1.8。
[0017] 由上，通過輸入不同的特性參數(shù)a值，表現(xiàn)出Alpha噪聲不同的脈沖特性，進而確定 出a取值對于核電站控制器板卡的PI調(diào)節(jié)算法的影響。
[0018] 可選的，所述核電站控制器板卡的傳遞函數(shù)為： ；式中K為靜態(tài)增益;T 為時間常數(shù)；
[0019] 所述核電站控制器板卡的傳遞函數(shù)表示
；式中心為比例增 益，Ti為積分時間常數(shù)。
[0020] 可選的，所述核電站控制器板卡的輸入值還分別為E1和E2'，系統(tǒng)響應為y'，所述 E2'為系統(tǒng)響應y'與高斯白噪聲的疊加之和。
[0021] 由上，通過疊加高斯白噪聲，可以增強核電站控制器板卡PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可辯識度， 且對系統(tǒng)影響不大。由此，可以增強與疊加Alpha噪聲的對比情況，以提高對于疊加Alpha噪 聲對于系統(tǒng)影響的判斷精度。
[0022] 對應的，本發(fā)明提供一種基于核電站比例積分控制器的噪聲分析裝置，包括：
[0023]控制主機，用于接收用戶所輸入的標準值E1以及Alpha噪聲的屬性信息，并分別轉(zhuǎn) 發(fā)輸出；
[0024] Alpha噪聲模擬器，與所述控制主機連接，用于依據(jù)所述Alpha噪聲的屬性信息進 行Alpha噪聲模擬，輸出噪聲d;
[0025] 所述控制主機還用于接收所述噪聲d，并轉(zhuǎn)發(fā)輸出；
[0026] 核電站控制器板卡，與所述控制主機連接，用于依據(jù)PI調(diào)節(jié)算法對核電站進行控 制，其輸入值分別為E1和E2,系統(tǒng)響應為y，所述E2為所述系統(tǒng)響應y與所述輸出噪聲d疊加 之和；
[0027] 所述控制主機還用于顯示所述系統(tǒng)響應y。
[0028] 由上，通過模擬Alpha噪聲，并將噪聲作用于核電站控制器板卡的PI控制回路中， 從而采用半實物仿真系統(tǒng)驗證出Alpha噪聲對于核電站控制器板卡的影響。
[0029] 可選的，所述核電站控制器板卡包括依次連接的：濾波電路、適配器、超壓保護電 路、有源濾波器、比例作用放大器、積分器和輸出偏置。
[0030] 可選的，還包括高斯白噪聲模擬器；
[0031] 所述控制主機還用于將所述高斯白噪聲模擬器所模擬的高斯白噪聲轉(zhuǎn)發(fā)至核電 站控制器板卡；
[0032] 所述核電站控制器板卡依據(jù)PI調(diào)節(jié)算法對核電站進行控制，其輸入值分別為E1和 E2'，系統(tǒng)響應為y'，所述E2'為系統(tǒng)響應y'與所述高斯白噪聲疊加之和；
[0033] 所述控制主機還用于顯示所述系統(tǒng)響應y'。
【附圖說明】
[0034]圖1為基于核電站比例積分控制器的噪聲分析裝置的原理示意圖；
[0035] 圖2~圖4分別為a為〇. 6、1.2和1.8時的Alpha噪聲的波形圖；
[0036]圖5為核電站控制器板卡的工作原理示意圖；
[0037]圖6為理想情況下核電站控制器板卡響應結(jié)果y的響應曲線；
[0038] 圖7為疊加高斯白噪聲后，核電站控制器板卡響應結(jié)果y的響應曲線；
[0039] 圖8~圖10分別為疊加 a為0.6、1.2和1.8時的Alpha噪聲的波形圖后的核電站控制 器板卡響應結(jié)果y的響應曲線。
【具體實施方式】
[0040] 為克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于核電站比例積分控制器的噪聲 分析方法及裝置，采用半實物仿真系統(tǒng)確定Alpha噪聲對于比例積分控制器的影響，從而為 后續(xù)的Alpha噪聲消除提供數(shù)據(jù)支持。
[0041] 如圖1所示為本發(fā)明所提供的基于核電站比例積分控制器的噪聲分析裝置的原理 示意圖，包括控制主機10,以及分別與其連接的Alpha噪聲模擬器20和核電站控制器板卡 30 〇
[0042] 所述控制主機10用于提供操作平臺以及數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。所述控制主機10采用包括型 號為NI6259的采集卡在內(nèi)的NI主機實現(xiàn)。用戶通過所述操作平臺的"主界面"設置Alpha噪 聲的屬性信息，即，進行"參數(shù)設置"，具體屬性信息將在后文詳述。最終分析出的Alpha噪聲 對于核電站控制器板卡30所進行的比例積分(PI)調(diào)節(jié)影響進行"波形顯示"。
[0043] 具體的噪聲分析方法如下:所述控制主機10將所述Alpha噪聲的屬性信息轉(zhuǎn)發(fā)至 Alpha噪聲模擬器20,以模擬生成Alpha噪聲。所述Alpha噪聲模擬器20利用LabVIEW實現(xiàn)，采 用標準SaS分布模型，其特征函數(shù)滿足：
[0047]-①<a〈+①，0〈a彡2，_1 彡 0彡 1--(4)
[0048] 標準SaS分布模型中，通過4個參數(shù)a、a、0和y即可確定一個完整的Alpha噪聲穩(wěn)定 分布的特征函數(shù)?；诖耍瑓?shù)a、a、0和y表示Alpha噪聲的屬性信息。
[0049] 其中a表示特性參數(shù)，用于度量所述特征函數(shù)拖尾的厚度，其取值越小表示其拖尾 越厚，本實施例中，a分別取值為0.6、1.2和1.8。y表示分散系數(shù);0表示對稱系數(shù)，標準SaS 分布模型中，0 = 0; a表示位置特性參數(shù)。
[0050] 圖2-圖4分別表示a為0.6、1.2和1.8時的Alpha噪聲的波形圖。從圖中可以看出，a 值越大，信號的脈沖特性越弱。
[0051 ]如圖5所示為核電站比例積分控制系統(tǒng)的工作原理示意圖。圖5中sp表示標準輸入 值E1，所述E1取值依據(jù)不同核電站控制器板卡30型號設定。d表示Alpha噪聲模擬器20所模 擬出的噪聲。G(c)表示核電站控制器板卡30的PI調(diào)節(jié)。本實施例中，核電站控制器板卡30內(nèi) 部包括依次連接的濾波電路、適配器、超壓保護電路、有源濾波器、比例作用放大器、積分器 和輸出偏置。G(P)表示被控對象。本實施例中，被控對象可由一階滯后慣性環(huán)節(jié)來表示，其 傳遞函數(shù)為：
，式中K為靜態(tài)增益;T為時間常數(shù)。
[0052] 核電站控制器板卡30的PI調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)表示為式中KP為比例 增益，h為積分時間常數(shù)。
[0053] 比例作用放大器的作用在于加快系統(tǒng)的響應速度，提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度。心越大，系 統(tǒng)的響應速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，也就是對誤差的分辨率越高，但容易產(chǎn)生超調(diào)， 甚至導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。如果心取值過小，則會降低調(diào)節(jié)精度，尤其是使響應速度緩慢，從而 延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能變壞。因此，當偏差較大時，為提高響應速度，K P取大 值;在偏差較小時，防止超調(diào)過大產(chǎn)生振蕩，KP減??；當偏差很小時，為使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定，則K P 應繼續(xù)減小。
[0054] 積分器的作用在于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。它對誤差進行積分，對系統(tǒng)控制有一定 的滯后作用，積分作用過強，會造成系統(tǒng)超調(diào)增大，甚至引起振蕩。在核電站控制器板卡30 的常規(guī)PI條件中，偏差過大時，為防止積分飽和，常將積分環(huán)節(jié)分離出來，當偏差減小至一 定范圍時，才加入積分環(huán)節(jié)。因此，當偏差大或較大時，為避免系統(tǒng)超調(diào)，1取零值；當偏差 較小時，積分環(huán)節(jié)有效，隨偏差的減小而增大，以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。 [0055]本實施例中，通過在核電站控制器板卡30的輸入端疊加一定幅度的高斯白噪聲 E2'（相當于后文所述E2)，可以增強核電站控制器板卡30PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可辯識度，且對系統(tǒng) 影響不大。如圖6、7所示分別為理想情況下的響應結(jié)果y的響應曲線，以及疊加高斯白噪聲 后的響應結(jié)果y '的響應曲線。通過兩圖的對比可證實上述結(jié)論。位于圖7中上部的曲線為響 應結(jié)果y的響應曲線；下部的曲線為高斯白噪聲曲線。所述高斯白噪聲通過高斯白噪聲模擬 器實現(xiàn)。
[0056] 而本實施例中，由于要確定Alpha噪聲對于核電站控制器板卡30的影響，因此在核 電站控制器板卡30的輸入端疊加Alpha噪聲，系統(tǒng)的響應結(jié)果y與Alpha噪聲d疊加之和表示 為E2。
[0057]核電站控制器板卡30接收到所輸入的E1、E2值，經(jīng)過濾波電路進行一次濾波后，由 適配器進行El、E2的差值計算。當El =E2時表示Alpha噪聲無干擾;El >E2時，表示Alpha噪 聲為負偏差；反之E1<E2時，表示Alpha噪聲為正偏差。所述偏差通過超壓保護電路進行過 壓保護，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。計算出的偏差結(jié)果經(jīng)過有源濾波器進行濾波后，分別經(jīng)過 比例作用放大器和積分器的對應調(diào)整，最終進行歸一化處理后，輸出偏置，將積分電路輸出 的信號轉(zhuǎn)換為標準信號。具體電壓輸出結(jié)果如圖8-10所示，圖8-圖10分別為a為0.6、1.2和 1.8時的Alpha噪聲對于核電站控制器板卡30所進行PI調(diào)節(jié)的影響。圖8-圖10中，上部的曲 線為響應結(jié)果y的響應曲線;下部的曲線分別為a為0.6、1.2和1.8時的Alpha噪聲曲線。如圖 可知，Alpha噪聲中不同a值對系統(tǒng)的影響也不同，a值越小，影響越大。
[0058]所述控制主機10可依據(jù)Alpha噪聲曲線對于比例積分控制器的影響，為后續(xù)的 Alpha噪聲消除提供數(shù)據(jù)支持以及降噪響應。具體過程并非本發(fā)明重點，故不再進行贅述。 [0059]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明。總之，凡在本發(fā)明 的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之 內(nèi)。
【主權項】
1. 一種基于核電站比例積分控制器的噪聲分析方法，其特征在于，包括： 控制主機接收用戶所輸入的標準值E1以及Alpha噪聲的屬性信息，并分別轉(zhuǎn)發(fā)輸出； 與所述控制主機連接的Alpha噪聲模擬器依據(jù)所述Alpha噪聲的屬性信息進行Alpha噪 聲模擬，輸出噪聲d; 核電站控制器板卡依據(jù)PI調(diào)節(jié)算法對核電站進行控制，其輸入值分別為El和E2,系統(tǒng) 響應為y，所述E2為系統(tǒng)響應y與所述輸出噪聲d疊加之和； 所述控制主機還用于顯示所述系統(tǒng)響應y。2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述Alpha噪聲模擬器利用LabVIEW實現(xiàn)， 采用標準SaS分布模型，其特征函數(shù)滿足：-°°<a<+00,0<a^2,-1 ^0^1 ； 所述Alpha噪聲的屬性信息包括:a，表示特性參數(shù)；y，表示分散系數(shù)表示對稱系 數(shù);a，表示位置特性參數(shù)。3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，對所述特性參數(shù)a由小到大分別取值為 0.6、1.2和1.8〇4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述核電站控制器板卡的傳遞函數(shù)為：;式中K為靜態(tài)增益;T為時間常數(shù)； 所述核電站控制器板卡的傳遞函數(shù)表示為1式中KP為比例增益，h 為積分時間常數(shù)。5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述核電站控制器板卡的輸入值還分別為 E1和E2'，系統(tǒng)響應為y'，所述E2'為系統(tǒng)響應y'與高斯白噪聲的疊加之和。6. -種基于核電站比例積分控制器的噪聲分析裝置，其特征在于，包括： 控制主機，用于接收用戶所輸入的標準值E1以及Alpha噪聲的屬性信息，并分別轉(zhuǎn)發(fā)輸 出； Alpha噪聲模擬器，與所述控制主機連接，用于依據(jù)所述Alpha噪聲的屬性信息進行 A1 pha噪聲模擬，輸出噪聲d; 所述控制主機還用于接收所述噪聲d，并轉(zhuǎn)發(fā)輸出； 核電站控制器板卡，與所述控制主機連接，用于依據(jù)PI調(diào)節(jié)算法對核電站進行控制，其 輸入值分別為E1和E2，系統(tǒng)響應為y，所述E2為所述系統(tǒng)響應y與所述輸出噪聲d疊加之和； 所述控制主機還用于顯示所述系統(tǒng)響應y。7. 根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述核電站控制器板卡包括依次連接的： 濾波電路、適配器、超壓保護電路、有源濾波器、比例作用放大器、積分器和輸出偏置。8. 根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括高斯白噪聲模擬器； 所述控制主機還用于將所述高斯白噪聲模擬器所模擬的高斯白噪聲轉(zhuǎn)發(fā)至核電站控 制器板卡； 所述核電站控制器板卡依據(jù)PI調(diào)節(jié)算法對核電站進行控制，其輸入值分別為E1和E2'， 系統(tǒng)響應為y '，所述E2 '為系統(tǒng)響應y '與所述高斯白噪聲疊加之和； 所述控制主機還用于顯示所述系統(tǒng)響應y'。
【文檔編號】G05B23/02GK106054856SQ201610363628
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】關濟實, 常新彩, 邱建文, 齊良才, 劉巖, 張立蕊
【申請人】中廣核研究院有限公司北京分公司, 中國廣核集團有限公司, 中國廣核電力股份有限公司