基于核电站比例积分控制器的噪声分析方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供的一种基于核电站比例积分控制器的噪声分析方法及装置，包括：控制主机接收用户所输入的标准值E1以及Alpha噪声的属性信息，并分别转发输出；与所述控制主机连接的Alpha噪声模拟器依据所述Alpha噪声的属性信息进行Alpha噪声模拟，输出噪声d；核电站控制器板卡依据PI调节算法对核电站进行控制，其输入值分别为E1和E2，系统响应为y，所述E2为系统响应y与所述输出噪声d叠加之和；所述控制主机还用于显示所述系统响应y。由上，通过模拟Alpha噪声，并将噪声作用于核电站控制器板卡的PI控制回路中，从而采用半实物仿真系统验证出Alpha噪声对于核电站控制器板卡的影响。
【专利说明】
基于核电站比例积分控制器的噪声分析方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及核电控制技术领域，特别涉及一种基于核电站比例积分控制器的噪声 分析方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在通信技术领域，传统上信号的噪声背景常采用加性高斯分布模型来描述。实际 上，这种假设是不准确的。已经发现，在大气噪声、声纳以及潜水艇通信中的水声信号及噪 声具有与高斯噪声很相似的分布特性，但是较高斯噪声有较厚的拖尾。现已证实，这种具有 尖峰脉冲特性，并具有较厚拖尾的噪声可以用a稳定分布来描述。现有的开发过程大多数使 用实际的设备进行各种实验，而不当的输入信号和控制算法可能造成核电站控制器板卡不 可逆转的损坏。而纯软件仿真多用于理论分析与研究，脱离实际生产，指导意义也不大。
[0003] 半实物仿真(HILS)已在各种工程领域，如军工，汽车制造，机器人技术和电力电子 等被使用。半实物仿真用来开发和分析复杂的系统。半实物仿真包括驱动器和发射器的电 气仿真。这些电模拟是软件仿真和真实物体之间的桥梁。HILS用来解决硬件测试的成本太 高，算法是不够灵活的问题。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种基于核电站比例积分控制器的噪声 分析方法及装置，所述方法包括：
[0005] 控制主机接收用户所输入的标准值E1以及Alpha噪声的属性信息，并分别转发输 出；
[0006] 与所述控制主机连接的Alpha噪声模拟器依据所述Alpha噪声的属性信息进行 A1 pha噪声模拟，输出噪声d;
[0007] 核电站控制器板卡依据PI调节算法对核电站进行控制，其输入值分别为El和E2， 系统响应为y，所述E2为系统响应y与所述输出噪声d叠加之和；
[0008] 所述控制主机还用于显示所述系统响应y。
[0009] 由上，通过模拟Alpha噪声，并将噪声作用于核电站控制器板卡的PI控制回路中， 从而采用半实物仿真系统验证出Alpha噪声对于核电站控制器板卡的影响。
[0010] 可选的，所述Alpha噪声模拟器利用LabVIEW实现，采用标准SaS分布模型，其特征 函数满足：
[0014] -〇〇<a<+°° ,0<a^2,-1 ^0^1 ；
[0015] 所述Alpha噪声的属性信息包括:a，表示特性参数；y，表示分散系数也表示对称 系数，a，表示位置特性参数。
[0016] 可选的，分别对所述特性参数a由小到大取值为〇. 6、1.2和1.8。
[0017] 由上，通过输入不同的特性参数a值，表现出Alpha噪声不同的脉冲特性，进而确定 出a取值对于核电站控制器板卡的PI调节算法的影响。
[0018] 可选的，所述核电站控制器板卡的传递函数为： ；式中K为静态增益;T 为时间常数；
[0019] 所述核电站控制器板卡的传递函数表示
；式中心为比例增 益，Ti为积分时间常数。
[0020] 可选的，所述核电站控制器板卡的输入值还分别为E1和E2'，系统响应为y'，所述 E2'为系统响应y'与高斯白噪声的叠加之和。
[0021] 由上，通过叠加高斯白噪声，可以增强核电站控制器板卡PI调节系统的可辩识度， 且对系统影响不大。由此，可以增强与叠加Alpha噪声的对比情况，以提高对于叠加Alpha噪 声对于系统影响的判断精度。
[0022] 对应的，本发明提供一种基于核电站比例积分控制器的噪声分析装置，包括：
[0023]控制主机，用于接收用户所输入的标准值E1以及Alpha噪声的属性信息，并分别转 发输出；
[0024] Alpha噪声模拟器，与所述控制主机连接，用于依据所述Alpha噪声的属性信息进 行Alpha噪声模拟，输出噪声d;
[0025] 所述控制主机还用于接收所述噪声d，并转发输出；
[0026] 核电站控制器板卡，与所述控制主机连接，用于依据PI调节算法对核电站进行控 制，其输入值分别为E1和E2,系统响应为y，所述E2为所述系统响应y与所述输出噪声d叠加 之和；
[0027] 所述控制主机还用于显示所述系统响应y。
[0028] 由上，通过模拟Alpha噪声，并将噪声作用于核电站控制器板卡的PI控制回路中， 从而采用半实物仿真系统验证出Alpha噪声对于核电站控制器板卡的影响。
[0029] 可选的，所述核电站控制器板卡包括依次连接的：滤波电路、适配器、超压保护电 路、有源滤波器、比例作用放大器、积分器和输出偏置。
[0030] 可选的，还包括高斯白噪声模拟器；
[0031] 所述控制主机还用于将所述高斯白噪声模拟器所模拟的高斯白噪声转发至核电 站控制器板卡；
[0032] 所述核电站控制器板卡依据PI调节算法对核电站进行控制，其输入值分别为E1和 E2'，系统响应为y'，所述E2'为系统响应y'与所述高斯白噪声叠加之和；
[0033] 所述控制主机还用于显示所述系统响应y'。
【附图说明】
[0034]图1为基于核电站比例积分控制器的噪声分析装置的原理示意图；
[0035] 图2~图4分别为a为〇. 6、1.2和1.8时的Alpha噪声的波形图；
[0036]图5为核电站控制器板卡的工作原理示意图；
[0037]图6为理想情况下核电站控制器板卡响应结果y的响应曲线；
[0038] 图7为叠加高斯白噪声后，核电站控制器板卡响应结果y的响应曲线；
[0039] 图8~图10分别为叠加 a为0.6、1.2和1.8时的Alpha噪声的波形图后的核电站控制 器板卡响应结果y的响应曲线。
【具体实施方式】
[0040] 为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于核电站比例积分控制器的噪声 分析方法及装置，采用半实物仿真系统确定Alpha噪声对于比例积分控制器的影响，从而为 后续的Alpha噪声消除提供数据支持。
[0041] 如图1所示为本发明所提供的基于核电站比例积分控制器的噪声分析装置的原理 示意图，包括控制主机10,以及分别与其连接的Alpha噪声模拟器20和核电站控制器板卡 30 〇
[0042] 所述控制主机10用于提供操作平台以及数据的转发。所述控制主机10采用包括型 号为NI6259的采集卡在内的NI主机实现。用户通过所述操作平台的"主界面"设置Alpha噪 声的属性信息，即，进行"参数设置"，具体属性信息将在后文详述。最终分析出的Alpha噪声 对于核电站控制器板卡30所进行的比例积分(PI)调节影响进行"波形显示"。
[0043] 具体的噪声分析方法如下:所述控制主机10将所述Alpha噪声的属性信息转发至 Alpha噪声模拟器20,以模拟生成Alpha噪声。所述Alpha噪声模拟器20利用LabVIEW实现，采 用标准SaS分布模型，其特征函数满足：
[0047]-①<a〈+①，0〈a彡2，_1 彡 0彡 1--(4)
[0048] 标准SaS分布模型中，通过4个参数a、a、0和y即可确定一个完整的Alpha噪声稳定 分布的特征函数。基于此，参数a、a、0和y表示Alpha噪声的属性信息。
[0049] 其中a表示特性参数，用于度量所述特征函数拖尾的厚度，其取值越小表示其拖尾 越厚，本实施例中，a分别取值为0.6、1.2和1.8。y表示分散系数;0表示对称系数，标准SaS 分布模型中，0 = 0; a表示位置特性参数。
[0050] 图2-图4分别表示a为0.6、1.2和1.8时的Alpha噪声的波形图。从图中可以看出，a 值越大，信号的脉冲特性越弱。
[0051 ]如图5所示为核电站比例积分控制系统的工作原理示意图。图5中sp表示标准输入 值E1，所述E1取值依据不同核电站控制器板卡30型号设定。d表示Alpha噪声模拟器20所模 拟出的噪声。G(c)表示核电站控制器板卡30的PI调节。本实施例中，核电站控制器板卡30内 部包括依次连接的滤波电路、适配器、超压保护电路、有源滤波器、比例作用放大器、积分器 和输出偏置。G(P)表示被控对象。本实施例中，被控对象可由一阶滞后惯性环节来表示，其 传递函数为：
，式中K为静态增益;T为时间常数。
[0052] 核电站控制器板卡30的PI调节传递函数表示为式中KP为比例 增益，h为积分时间常数。
[0053] 比例作用放大器的作用在于加快系统的响应速度，提高系统调节精度。心越大，系 统的响应速度越快，系统的调节精度越高，也就是对误差的分辨率越高，但容易产生超调， 甚至导致系统不稳定。如果心取值过小，则会降低调节精度，尤其是使响应速度缓慢，从而 延长调节时间，使系统稳态、动态性能变坏。因此，当偏差较大时，为提高响应速度，K P取大 值;在偏差较小时，防止超调过大产生振荡，KP减小；当偏差很小时，为使系统尽快稳定，则K P 应继续减小。
[0054] 积分器的作用在于消除系统的稳态误差。它对误差进行积分，对系统控制有一定 的滞后作用，积分作用过强，会造成系统超调增大，甚至引起振荡。在核电站控制器板卡30 的常规PI条件中，偏差过大时，为防止积分饱和，常将积分环节分离出来，当偏差减小至一 定范围时，才加入积分环节。因此，当偏差大或较大时，为避免系统超调，1取零值；当偏差 较小时，积分环节有效，随偏差的减小而增大，以消除系统的稳态误差，提高控制精度。 [0055]本实施例中，通过在核电站控制器板卡30的输入端叠加一定幅度的高斯白噪声 E2'（相当于后文所述E2)，可以增强核电站控制器板卡30PI调节系统的可辩识度，且对系统 影响不大。如图6、7所示分别为理想情况下的响应结果y的响应曲线，以及叠加高斯白噪声 后的响应结果y '的响应曲线。通过两图的对比可证实上述结论。位于图7中上部的曲线为响 应结果y的响应曲线；下部的曲线为高斯白噪声曲线。所述高斯白噪声通过高斯白噪声模拟 器实现。
[0056] 而本实施例中，由于要确定Alpha噪声对于核电站控制器板卡30的影响，因此在核 电站控制器板卡30的输入端叠加Alpha噪声，系统的响应结果y与Alpha噪声d叠加之和表示 为E2。
[0057]核电站控制器板卡30接收到所输入的E1、E2值，经过滤波电路进行一次滤波后，由 适配器进行El、E2的差值计算。当El =E2时表示Alpha噪声无干扰;El >E2时，表示Alpha噪 声为负偏差；反之E1<E2时，表示Alpha噪声为正偏差。所述偏差通过超压保护电路进行过 压保护，以保证系统的稳定运行。计算出的偏差结果经过有源滤波器进行滤波后，分别经过 比例作用放大器和积分器的对应调整，最终进行归一化处理后，输出偏置，将积分电路输出 的信号转换为标准信号。具体电压输出结果如图8-10所示，图8-图10分别为a为0.6、1.2和 1.8时的Alpha噪声对于核电站控制器板卡30所进行PI调节的影响。图8-图10中，上部的曲 线为响应结果y的响应曲线;下部的曲线分别为a为0.6、1.2和1.8时的Alpha噪声曲线。如图 可知，Alpha噪声中不同a值对系统的影响也不同，a值越小，影响越大。
[0058]所述控制主机10可依据Alpha噪声曲线对于比例积分控制器的影响，为后续的 Alpha噪声消除提供数据支持以及降噪响应。具体过程并非本发明重点，故不再进行赘述。 [0059]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。总之，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。
【主权项】
1. 一种基于核电站比例积分控制器的噪声分析方法，其特征在于，包括： 控制主机接收用户所输入的标准值E1以及Alpha噪声的属性信息，并分别转发输出； 与所述控制主机连接的Alpha噪声模拟器依据所述Alpha噪声的属性信息进行Alpha噪 声模拟，输出噪声d; 核电站控制器板卡依据PI调节算法对核电站进行控制，其输入值分别为El和E2,系统 响应为y，所述E2为系统响应y与所述输出噪声d叠加之和； 所述控制主机还用于显示所述系统响应y。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Alpha噪声模拟器利用LabVIEW实现， 采用标准SaS分布模型，其特征函数满足：-°°<a<+00,0<a^2,-1 ^0^1 ； 所述Alpha噪声的属性信息包括:a，表示特性参数；y，表示分散系数表示对称系 数;a，表示位置特性参数。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述特性参数a由小到大分别取值为 0.6、1.2和1.8〇4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述核电站控制器板卡的传递函数为：;式中K为静态增益;T为时间常数； 所述核电站控制器板卡的传递函数表示为1式中KP为比例增益，h 为积分时间常数。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述核电站控制器板卡的输入值还分别为 E1和E2'，系统响应为y'，所述E2'为系统响应y'与高斯白噪声的叠加之和。6. -种基于核电站比例积分控制器的噪声分析装置，其特征在于，包括： 控制主机，用于接收用户所输入的标准值E1以及Alpha噪声的属性信息，并分别转发输 出； Alpha噪声模拟器，与所述控制主机连接，用于依据所述Alpha噪声的属性信息进行 A1 pha噪声模拟，输出噪声d; 所述控制主机还用于接收所述噪声d，并转发输出； 核电站控制器板卡，与所述控制主机连接，用于依据PI调节算法对核电站进行控制，其 输入值分别为E1和E2，系统响应为y，所述E2为所述系统响应y与所述输出噪声d叠加之和； 所述控制主机还用于显示所述系统响应y。7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述核电站控制器板卡包括依次连接的： 滤波电路、适配器、超压保护电路、有源滤波器、比例作用放大器、积分器和输出偏置。8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括高斯白噪声模拟器； 所述控制主机还用于将所述高斯白噪声模拟器所模拟的高斯白噪声转发至核电站控 制器板卡； 所述核电站控制器板卡依据PI调节算法对核电站进行控制，其输入值分别为E1和E2'， 系统响应为y '，所述E2 '为系统响应y '与所述高斯白噪声叠加之和； 所述控制主机还用于显示所述系统响应y'。
【文档编号】G05B23/02GK106054856SQ201610363628
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】关济实, 常新彩, 邱建文, 齐良才, 刘岩, 张立蕊
【申请人】中广核研究院有限公司北京分公司, 中国广核集团有限公司, 中国广核电力股份有限公司