《核反应堆控制(第二版)》在论述核反应堆与核电厂控制的一般概念和基础知识、线性离散时间控制系统的分析方法和线性控制系统的状态空间分析方法的基础上,介绍了核反应堆的动力学模型及其瞬态响应分析;以不同形式的数学模型为基础详细讨论了各种类型核反应堆及其控制系统的稳定性分析方法;介绍了压水堆核电厂功率分布控制、功率控制以及其他主要过程参数控制;同时也介绍了其他类型动力堆的控制和数字控制系统及其在核电厂的应用;最后介绍了先进压水堆核电厂的控制原理和数字化仪表与控制系统。
《核反应堆控制(第二版)》是高等院校核工程与核技术专业以及核反应堆工程专业的本科生教材,也可供从事相关专业的工程技术人员参考使用。
本书作为教育部普通高等教育“十一五”国家级教材规划选题、国防科工委“十一五”国防特色学科专业教材支持计划以及西安交通大学本科“十一五”规划教材建设项目,于2009年出版。出版以来,被设有核工程与核技术或核反应堆工程本科专业的院校选为核反应堆控制课程教材使用。本次再版,考虑了我国核事业的发展对高级专业人才培养的需要,同时尽可能反映核电厂与核反应堆系统控制技术的发展,尽量保持原教材特点,力求克服原教材中的不足之处。
考虑到读者已经具备经典控制理论的基本知识,本次再版直接运用经典控制理论的相关定理、性质和方法分析讨论核反应堆与核动力厂控制系统的性能。内容设置上保持了第一版的布局,具体内容作了适当的补充和修改,使内容体系更加完整和清晰。例如增加了轴向功率分布监测与控制的原理、功率控制特性分析以及AP1000核电厂的控制方案和控制原理等内容,完善了脉冲传递函数的相关内容,状态空间分析中将连续系统和离散系统分别描述等等。全书共分为9章。第1章阐述核反应堆控制的基本概念和物理基础;第2章介绍线性离散时间控制系统的信号转换、采样定理、Z变换和脉冲传递函数等基本概念;第3章介绍线性定常控制系统的状态空间模型的建立及其求解,以及线性定常控制系统性能的分析方法;第4章介绍核反应堆系统的各种形式数学模型的建立和瞬态响应分析方法;第5章描述采用各种不同分析方法对核反应堆及其控制系统的稳定性进行分析,包括线性连续系统和离散系统;第6章介绍压水堆核电厂的功率分布控制和主要控制系统;第7章简要介绍几种不同类型动力堆的控制系统,包括了先进沸水堆核电厂的控制系统等;第8章介绍数字控制系统及其在核电厂中的应用,主要包括集中型和集散型数字控制系统;第9章简要介绍先进非能动压水堆核电厂AP1000的控制方案、控制原理以及数字化仪表与控制系统的组成、功能和特性等,也包括了改进型欧洲压水堆核电厂EPR的数字化仪表与控制系统。
本书为核工程与核技术和核反应堆工程专业试用教材,参考学时为56学时,自动控制理论(经典理论部分)课为先修课程。若教学学时偏少可选择其中部分内容讲授。
本书的出版得到了中国原子能出版社领导给予的大力支持;付满昌主审曾为本书提出了许多建设性意见,保证了本教材的质量;作者的学生们也为本书再版提出了修改意见供参考;在本书出版过程中侯茸方编辑花费了很多心思和精力,使本书增色不少,在此一并致以诚挚的谢意。
由于作者学识水平有限,经验不足,书中错误和不妥之处在所难免,敬请读者批评指正,不吝赐教。
第1章 核反应堆控制概述
1.1 引言
1.2 核反应堆控制的物理基础
1.3 反应性控制
1.3.1 中子吸收体移动控制
1.3.2 慢化剂液位控制
1.3.3 燃料控制
1.3.4 反射层控制
1.4 核电厂稳态运行方案
1.4.1 二回路蒸汽压力恒定方案
1.4.2 冷却剂平均温度恒定方案
1.4.3 冷却剂出口温度恒定方案
1.4.4 冷却剂平均温度程序方案
1.5 核电厂运行控制模式
1.5.1 基本负荷运行模式
1.5.2 负荷跟踪运行模式
习题
第2章 线性离散控制系统的分析方法
2.1 概述
2.2 离散控制系统的信号转换
2. 2.1 采样一保持器
2.2.2 数一模转换器
2.2.3 模一数转换器
2.3 连续信号的采样及其重构
2.3.1 连续信号的采样
2.3.2 采样信号的重构
2.4 离散系统的差分方程及其求解
2.4.1 用差分方程描述离散系统
2.4.2 差分方程的解法
2.5 Z变换
2.5.1 Z变换定义
2.5.2 Z反变换
2.5.3 Z变换性质和定理
2.5.4 Z变换计算方法
2.6 线性离散系统的脉冲传递函数
2.6.1 脉冲传递函数的定义
2.6.2 环节串联的脉冲传递函数
2.6.3 闭环系统的脉冲传递函数
2.7 数字PID控制器
习题
第3章 线性控制系统的状态空间分析方法
3.1 状态空间表达式
3.1.1 基本概念
3.1.2 列写系统状态空间表达式的一般步骤
3.2 连续系统的状态空间表达式
3.2.1 由微分方程建立状态空间表达式
3.2.2 根据传递函数建立状态空间表达式
3.2.3 根据结构图建立状态空间表达式
3.2.4 传递函数与状态空间表达式之间的关系
3.3 线性定常连续系统的线性变换
3.4 线性定常系统的状态方程求解
3.4.1 齐次状态方程求解
3.4.2 非齐次状态方程求解
3.5 离散系统的状态空间表达式
3.5.1 由差分方程建立状态空间表达式
3.5.2 根据脉冲传递函数建立状态空间表达式
3.5.3 连续状态空间方程的离散化
3.6 线性定常系统的能控性和能观测性
3.6.1 线性定常系统的能控性
3.6.2 线性定常系统的能观测性
习题
第4章 核反应堆动力学模型
4.1 系统数学模型概述
……
第5章 核反应堆控制系统的稳定性分析
第6章 压水堆核电厂控制
第7章 其他堆型核电厂控制
第8章 核电厂的数字控制
第9章 先进压水堆核电厂控制
参考文献
附录