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基于NSGA-II的蒸汽发生器液位控制系统离线参数优化

孙哲俊 魏新宇 张楠 李鸣谦 张瑞萍 王于龙 孙培伟

孙哲俊, 魏新宇, 张楠, 李鸣谦, 张瑞萍, 王于龙, 孙培伟. 基于NSGA-II的蒸汽发生器液位控制系统离线参数优化[J]. 核动力工程. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090057
引用本文: 孙哲俊, 魏新宇, 张楠, 李鸣谦, 张瑞萍, 王于龙, 孙培伟. 基于NSGA-II的蒸汽发生器液位控制系统离线参数优化[J]. 核动力工程. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090057
Sun Zhejun, Wei Xinyu, Zhang Nan, Li Mingqian, Zhang Ruiping, Wang Yulong, Sun Peiwei. Offline Parameter Optimization of Steam Generator Liquid Level Control System Based on NSGA-II Algorithm[J]. Nuclear Power Engineering. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090057
Citation: Sun Zhejun, Wei Xinyu, Zhang Nan, Li Mingqian, Zhang Ruiping, Wang Yulong, Sun Peiwei. Offline Parameter Optimization of Steam Generator Liquid Level Control System Based on NSGA-II Algorithm[J]. Nuclear Power Engineering. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090057

基于NSGA-II的蒸汽发生器液位控制系统离线参数优化

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090057
详细信息
    作者简介:

    孙哲俊(2000—),男,硕士研究生,现主要从事核反应堆动力学与控制方面的研究,E-mail: 1290842684@qq.com

    通讯作者:

    魏新宇,E-mail: xyuwei@xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL361

Offline Parameter Optimization of Steam Generator Liquid Level Control System Based on NSGA-II Algorithm

  • 摘要: 蒸汽发生器是核电厂的重要设备,目前蒸汽发生器液位主要采用固定比例-积分-微分(PID)的控制方式,因此需要对PID参数进行整定。传统的参数整定方法需要结合精确的数学模型,当无法获得准确模型信息时,整定效果较差。因此本文提出一种蒸汽发生器液PID参数整定方法,该方法通过提取历史数据进行离线整定。首先利用反向传播(BP)神经网络结合历史数据对蒸汽发生器液位控制系统进行模型辨识,之后在建立的BP神经网络模型上对PID参数进行离线寻优。参数整定方法采用多目标遗传算法(NSGA-II),以控制系统动态性能指标为目标函数,调整PID参数,从而提高控制效果。将所提出的算法通过在Matlab/Simulink中进行仿真验证,结果表明,经过离线参数优化后的蒸汽发生器液位控制系统在不同的工况中的超调量,调节时间上均优于原控制系统,具有更好的控制效果。

     

  • 图  1  蒸汽发生器液位控制系统 Simulink 模型

    FLCV—满负荷阀门;LLCV—低负荷阀门;W_steam—蒸汽流量变化量扰动;PI(s)—流量控制器 PI;PID(s)—液位控制器 PID

    Figure  1.  Simulink Model of Steam Generator Liquid Level Control System

    图  2  BP神经网络结构

    Figure  2.  The Structure of BP Neural Network

    图  3  不同BP结构下的辨识结果对比

    Figure  3.  Comparison of Identification Results under Different BP Structures

    图  4  给水流量随机方波扰动

    Figure  4.  Random Square Wave Disturbance of Water Flow

    图  5  辨识结果对比

    Figure  5.  Comparison of Identification Results

    图  6  遗传算法流程图

    Figure  6.  Flowchart of Genetic Algorithm

    图  7  NSGA-Ⅱ算法流程

    Figure  7.  The Flowchart of NSGA-II Algorithm

    图  8  PID参数整定结构

    Figure  8.  Structure of PID Parameter Tuning

    图  9  控制参数最优解集

    Figure  9.  Optimal Solution Set for Control Parameters

    图  10  PID参数整定效果对比

    Figure  10.  Comparison of PID Parameter Tuning Effects

    图  11  50%FP下参数整定效果对比

    Figure  11.  Comparison of parameter Adjustment Effects under 50%FP

    图  12  30%FP下参数整定效果对比

    Figure  12.  Comparison of Parameter Adjustment Effects under 30%FP

    表  1  不同辨识结构的辨识误差

    Table  1.   Identification Errors of Different Identification Structures

    取值均方根差
    n=10.01
    n=26.72×10−4
    n=31.73×10−4
    下载: 导出CSV

    表  2  不同控制参数控制效果

    Table  2.   The Control Effect of Different Control Parameters

    控制参数超调量调节时间/s
    原系统0.0898170.2
    A点1.74×10−452.6
    B点0.0217.4
    下载: 导出CSV

    表  3  整定后的控制参数

    Table  3.   Control Parameters before and after Adjustment

    控制参数Kp1Ki1Kd1Kp2Ki2
    原系统70.10.450.510.49
    A点11.220.0020.120.390.7
    B点18.620.0050.970.990.45
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-15
  • 修回日期:  2024-12-25
  • 网络出版日期:  2025-01-14

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