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ALSTM-GPC在核电厂协调控制系统中的应用

邓志光 青先国 吴茜 郑晓 朱毖微 朱加良 吕鑫

邓志光, 青先国, 吴茜, 郑晓, 朱毖微, 朱加良, 吕鑫. ALSTM-GPC在核电厂协调控制系统中的应用[J]. 核动力工程, 2021, 42(S2): 41-47. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0041
引用本文: 邓志光, 青先国, 吴茜, 郑晓, 朱毖微, 朱加良, 吕鑫. ALSTM-GPC在核电厂协调控制系统中的应用[J]. 核动力工程, 2021, 42(S2): 41-47. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0041
Deng Zhiguang, Qing Xianguo, Wu Qian, Zheng Xiao, Zhu Biwei, Zhu Jialiang, Lyu Xin. Research of ALSTM-GPC in Coordinated Control System of Nuclear Power Plant[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(S2): 41-47. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0041
Citation: Deng Zhiguang, Qing Xianguo, Wu Qian, Zheng Xiao, Zhu Biwei, Zhu Jialiang, Lyu Xin. Research of ALSTM-GPC in Coordinated Control System of Nuclear Power Plant[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(S2): 41-47. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0041

ALSTM-GPC在核电厂协调控制系统中的应用

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0041
详细信息
    作者简介:

    邓志光(1992—),男,硕士研究生,现从事反应堆过程测量、信号分析工作,E-mail: dzg7400613@163.com

  • 中图分类号: TK323

Research of ALSTM-GPC in Coordinated Control System of Nuclear Power Plant

  • 摘要: 针对常规比例积分微分(PID)控制器面对复杂系统时控制效果欠佳的问题,充分结合深度学习在特征提取、回归预测以及预测控制在处理多变量、强耦合等问题的优势,先通过ALSTM深度网络构建预测模型控制器,该预测模型以对象一维时序信号作为输入,以长短期记忆网络(LSTM)完成特征提取,然后通过引入注意力机制,对LSTM提取特征的权重参数进行优化,筛选保留目标特征,滤除冗杂特征,实现精准提取有效时序特征。再将广义预测控制(GPC)作为滚动优化控制器,搭建注意力长短期记忆网络-广义预测控制器(ALSTM-GPC)。随后在核电站双入双出多变量协调控制系统进行仿真实验,通过设定值扰动、内扰以及外扰等一系列仿真实验的验证,与常规PID控制相比,ALSTM-GPC控制器具有更优的控制效果。

     

  • 图  1  注意力机制结构图

    xii=1~N—输入信息值;q—神经网络的查询向量;s—注意力的得分函数;αiq在所有输入值上的注意力分布值

    Figure  1.  Attention Mechanism Structure

    图  2  神经网络预测控制原理图

    Figure  2.  Schematic Diagram of Neural Network Predictive Control     

    图  3  控制棒位移-主蒸汽压力对象测试以及误差曲线

    yK—实际值

    Figure  3.  Testing and Error Curve of Control Rod Displacement-Main Steam Pressure Object

    图  4  阀门开度-汽轮机功率对象测试以及误差曲线

    Figure  4.  Testing and Error Curve of Valve Opening-Steam Turbine Power Object

    图  5  主蒸汽压力设定值增大1 MPa时的被控量曲线

    Figure  5.  Controlled Quantity Curve When Set Value of Main Steam Pressure Increases by 1 MPa

    图  6  主蒸汽压力设定值增大1 MPa时的控制量曲线

    Figure  6.  Curve of Control Quantity When Set Value of Main Steam Pressure Increases by 1 MPa

    图  7  汽轮机功率设定值增大5 MW时的被控量曲线

    Figure  7.  Controlled Quantity Curve When Steam Turbine Power Set Value Increases by 5 MW

    图  8  汽轮机功率设定值增大5 MW时的控制量曲线

    Figure  8.  Curve of Control Quantity When Steam Turbine Power Set Point Increases by 5 MW

    图  9  控制棒位移受内扰影响增大10 cm时的控制量曲线

    Figure  9.  Curve of Control Quantity When Displacement of Control Rod Increases by 10 cm Due to Internal Disturbance

    图  10  控制棒位移受内扰影响增大10 cm时的被控量曲线

    Figure  10.  Controlled Quantity Curve When Displacement of Control Rod Increases by 10 cm Due to Internal Disturbance

    图  11  主蒸汽压力受外扰影响增大0.1 MPa时的被控量曲线     

    Figure  11.  Controlled Quantity Curve When Main Steam Pressure Increases by 0.1 MPa Due to External Disturbance

    图  12  主蒸汽压力受外扰影响增大0.1 MPa时的控制量曲线      

    Figure  12.  Curve of Control Quantity When Main Steam Pressure Increases by 0.1 MPa Due to External Disturbance

    表  1  弗朗明歇距离对比

    Table  1.   Frechet Distance Comparison

    传递函数弗朗明歇距离
    BPALSTM-GPC
    G110.09570.0517
    G210.007590.00643
    G120.006300.00171
    G220.007630.00146
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-19
  • 录用日期:  2021-12-06
  • 修回日期:  2021-10-29
  • 刊出日期:  2021-12-29

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