Анотація до роботи:

Нікуліна О. М. Багатокритеріальний параметричний синтез систем автоматичного керування реакторної установки АЕС. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.07 – автоматизація процесів керування. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2008.

Дисертація присвячена параметричному синтезу систем автоматичного керування (САК) реакторної установки, що включає ядерний реактор ВВЕР-1000 і парогенератор ПГВ-1000, за багатьма критеріями якості САК. Задачі параметричного синтезу САК зведені до задач векторної оптимізації критеріїв якості – інтегральних квадратичних оцінок і прямих показників якості, для яких розглянуті способи формування векторних цільових функцій, що враховують обмеженість області визначення критеріїв. Розроблено методи й алгоритми одновимірної і багатовимірної векторної оптимізації критеріїв якості САК.

Побудовано математичні моделі САК теплової потужності реактора, САК продуктивності парогенератора, САК потужності теплоносія реакторної установки в просторі станів з різними типами регуляторів, призначені для параметричного синтезу САК, і обчислені значення їх постійних параметрів. Вирішено задачу ідентифікації параметрів моделі САК продуктивності парогенератора за експериментальними даними. Розв’язання задач багатокритеріального параметричного синтезу САК реакторної установки проведено ефективними методами векторної оптимізації. Найкращі значення показників якості САК реакторної установки забезпечуються застосуванням пропорційно-інтегральних регуляторів з оптимальними значеннями їх параметрів.

Дисертаційна робота присвячена розв’язанню науково-практичної задачі багатокритеріального параметричного синтезу систем автоматичного керування реакторної установки атомної електростанції на основі показників якості систем керування і чисельних методів оптимізації. Основні результати роботи полягають в наступному:

1. Проведено аналіз методів синтезу систем автоматичного керування реакторної установки і показані широкі можливості використання чисельних методів для оптимізації показників якості, що дозволяють суттєво підвищити рівень автоматизації проектування та вдосконалення систем керування.

2. Задача багатокритеріального параметричного синтезу систем автоматичного керування зведена до задачі векторної оптимізації показників якості з обмеженою областю визначення за допомогою формування векторних цільових функцій показників та операцій порівняння і віднімання їх значень, що дозволило розробити методи і алгоритми одновимірного пошуку для синтезу систем керування з одним змінним параметром. Дослідження розроблених методів одновимірного пошуку на тестових моделях систем керування підтвердило ефективність і надійність данного підходу.

3. Розроблені методи багатокритеріального параметричного синтезу систем керування шляхом побудови векторних багатовимірних методів та алгоритмів оптимізації показників якості, що використовують одновимірний пошук. Проведено дослідження ефективності цих методів при мінімізації інтегральних квадратичних оцінок та оптимізації прямих критеріїв якості для систем керування різного порядку з різним числом обмежень області стійкості та змінних параметрів. Векторні методи дозволили послідовно розв’язати три основні задачі проектування систем керування: перейти до області стійкості, утримати процес синтеза в цій області і знайти оптимум. Виявлено, що збільшення числа змінних впливає сильніше на кількість обчислень функції, чим збільшення числа обмежень.

4. Отримані математичні моделі систем автоматичного керування тепловою потужністю реактора ВВЕР-1000 в просторі станів з відносними змінними та з різними регуляторами, обчислені значення постійних параметрів моделей. Багатокритеріальний параметричний синтез систем керування тепловою потужністю зведено до оптимізації різними методами векторних функцій, які обчислюються за розробленими моделями та враховують обмеження області стійкості і вимоги оптимальності показників якості. Якнайкращі значення показників якості систем керування тепловою потужністю забезпечуються застосуванням пропорційно-інтегрального регулятора.

5. Для систем автоматичного керування продуктивністю живильним турбонасосом парогенератора ПГВ-1000 з різними регуляторами побудовані математичні моделі в просторі станів з відносними змінними і обчислені значення постійних параметрів моделей. Параметри моделей ідентифіковані за експериментальними даними шляхом оптимізації векторних функцій, що враховують вимоги стійкості та мінімального відхилу від експериментальних даних. Параметричний синтез систем керування продуктивністю, який проводився різними векторними методами оптимізації, дозволив істотно поліпшити основні процеси керування. Найменше значення часу регулювання має система керування з пропорційно-інтегральним регулятором.

6. На підставі диференціальних рівнянь системи керування тепловою потужністю реактора і системи керування продуктивністю парогенератора розроблені математичні моделі систем автоматичного керування потужністю теплоносія реакторної установки. Представлені моделі систем з різними законами керування призначені для розв’язання задач параметричного синтезу систем. Проведений багатокритеріальний параметричний синтез систем керування потужністю реакторної установки ефективними векторними методами оптимізації дозволив обчислити оптимальні значення параметрів регуляторів. Результати цього синтезу показують, що найбільш ефективним регулятором систем автоматичного керування потужністю теплоносія є оптимальний за якістю перехідних процесів пропорційно-інтегральний закон керування.

7. Результати впроваджені на ВАТ «Турбоатом», ДП ХПЗ ім. Т.Г. Шевченка та навчальному процесі кафедри системного аналізу і управління НТУ «ХПІ».

Публікації автора:

1. Северин В. П. Одномерная минимизация функций с рекуррентной системой ограничений области определения / В. П. Северин, Е. Н. Никулина // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2002. – Т. 1, № 8. – C. 141-145.

Здобувач модифікував методи та розробив алгоритми розв’язання задач одновимірної мінімізації функцій з обмеженою областю визначення.

2. Северин В. П. Градиентные методы оптимизации критериев качества с ограниченной областью определения / В. П. Северин, Е. Н. Никулина // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2002. – Т. 6, № 9. – C. 42-46.

Здобувачем реалізовані алгоритми градієнтних методів оптимізації систем керування за критеріями якості з обмеженою областю визначення.

3. Северин В. П. Градиентные методы оптимизации систем управления по критериям с ограниченной областью определения / В. П. Северин, Е. Н. Никулина // Радиоэлектроника и информатика. – Харьков: ХНУРЭ, 2002. – № 4. – С. 51-56.

Здобувач отримав результати дослідження ефективності градієнтних методів оптимізації, заснованих на покроковому підході.

4. Северин В. П. Анализ задачи оптимизации прямых критериев качества для систем автоматического регулирования энергоблока энергоблока / В. П. Северин, Е. Н. Никулина, В. Ф. Чернай // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2003. – Т. 1, № 6. – C. 75-80.

Здобувачем модифікована векторна модель задачі оптимізації з урахуванням особливостей застосування прямих критеріїв якості.

5. Северин В. П. Формирование прямых критериев качества функций веса систем автоматического регулирования / В. П. Северин, Е. Н. Никулина, В. Ф. Чернай // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2003. – Т. 2, № 7. – C. 69-74.

Здобувач верифікував алгоритми обчислення прямих критеріїв якості.

6. Северин В. П. Пошаговая оптимизация динамических систем по прямым показателям качества / В. П. Северин, В. Ф. Чернай, Е. Н. Никулина // Високі технології в машинобудуванні. – Харків: НТУ «ХПІ», 2003. – Вип. 2 (7) . – С. 103-108.

Здобувачем отримані результати дослідження ефективності алгоритмів обчислення прямих критеріїв якості в покроковому підході.

7. Северин В. П. Методика вычисления времени установления процесса регулирования в динамических системах высокого порядка / В. П. Северин, В. Ф. Чернай, Е. Н. Никулина // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2003. – Т. 2, № 10. – C. 388-391.

Здобувачем досліджена ефективність методів матричної експоненти і її інтегралу в методиці обчислення часу регулювання систем керування.

8. Северин В. П. Алгоритмы вычисления прямых показателей качества функций веса систем автоматического управления / В. П. Северин, Е. Н. Никулина // Радиоэлектроника и информатика. – Харьков: ХНУРЭ, 2004. – № 1. – С. 52-59.

Здобувач протестував алгоритми обчислення прямих показників якості.

9. Северин В. П. Анализ алгоритмов алгебраического критерия устойчивости систем автоматического регулирования / В. П. Северин, Е. Н. Никулина, В. Ф. Чернай // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2004. – № 4. – C. 121-125.

Здобувачем проведений аналіз алгоритму обчислення коефіцієнтів Рауса-Гурвіця для параметричного синтезу систем керування.

10. Северин В. П. Комплекс программ для исследования методов оптимизации / В. П. Северин, Е. Н. Никулина, В. Ф. Чернай // Високі технології в машинобудуванні. – Харків: НТУ «ХПІ», 2004. – Вип. 2 (9). – С. 243-248.

Здобувачем розроблені програми векторних градієнтних методів оптимізації для параметричного синтезу систем керування.

11. Северин В. П. Лаборатория методов оптимизации сложных систем / В. П. Северин, Е. Н. Никулина // Високі технології в машинобудуванні. – Харків: НТУ «ХПІ», 2005. – № 19. – C. 115-120.

Здобувач провів верифікацію програм одновимірних і багатовимірних методів оптимізації для синтезу складних систем автоматичного керування.

12. Северин В. П. Векторные целевые функции для оптимизации показателей качества систем автоматического регулирования / В. П. Северин, Е. Н. Никулина // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2005. – № 55. – C. 139-144.

Здобувачем показана ефективність використання векторних цільових функцій для оптимізації систем автоматичного керування.

13. Северин В. П. Компьютерная лаборатория методов оптимизации автоматизированных систем / В. П. Северин, В. Ф. Чернай, Е. Н. Никулина // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2005. – № 45. – C. 270-273.

Здобувачем запропоновані програми методів одновимірної і багатовимірної векторної оптимізації для синтезу автоматизованих систем.

14. Северин В. П. Математическое моделирование парогенератора атомного энергоблока / В. П. Северин, Е. Н. Никулина // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2006. – № 19. – C. 145-150.

Здобувач обчислив значення параметрів моделі парогенератора.

15. Северин В. П. Компьютерные технологии оптимальной настройки систем регулирования в машиностроении и их применение для энергоблока АЭС / В. П. Северин, Е. Н. Никулина, В. Ф. Чернай // Високі технології в машинобудуванні. – Харків: НТУ «ХПІ», 2006. – Вип. 2 (9). – С. 455-460.

Здобувачем розроблені програми для оптимізації показників якості систем автоматичного керування реакторної установки.

16. Северин В. П. Векторная оптимизация систем автоматического регулирования атомного энергоблока / В. П. Северин, Е. Н. Никулина // Материалы 10-й Междунар. конф. по автоматическому управлению «Автоматика-2003». – Севастополь: СевНТУ, 2003. – Т. 1. – С. 91-93.

Здобувачем сформована тривимірна векторна штрафна функція прямих показників якості систем автоматичного керування реакторної установки.

17. Северин В. П. Оптимизация показателей качества переходных процессов в системах автоматического регулирования / В. П. Северин, Е. Н. Никулина // Материалы 12-й Междунар. конф. по автоматическому управлению «Автоматика-2005». – Харьков: НТУ «ХПИ», 2005. – Т. 1. – С. 90-91.

Здобувач навів експериментальні дані з обчислення й оптимізації показників якості перехідних процесів в системах автоматичного керування.

18. Северин В. П. Оптимизация динамических показателей системы регулирования атомного реактора ВВЭР-1000 / В. П. Северин, Е. Н. Никулина // Матеріали ХІІІ Міжнар. конф. з автоматичного управління «Автоматика-2006». – Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2006. – С. 115.

Здобувачем на основі моделей реактора проведений аналіз показників якості його динамічних характеристик.