1.Обеспечение Ядерной и Радиологической безопасности в нормальных
и аварийных условиях эксплуатации и
2. Экономичность её работы в нормальных условиях работы.
Эти два свойства тесно связаны и решать вопросы экономичности за счёт безопасности нельзя! Это показала Чернобыльская авария.
Слово Система уже означает, что создавать один элемент системы без учета его влияния друг на друга НЕЛЬЗЯ, а тем более - без учета существующих в системе возмущений.
О последствиях не системного подхода очень наглядно показывает интермедия Райкина о костюме, элементы которого делают много исполнителей и никто не хочет отвечать за качество костюма в целом, который потом носить нельзя!
Как уже стало ясно из выше приведенных примеров, все системы управления создаются под нужды их объектов управления для достижения высоких показателей качества выпускаемой ими продукции.
Поэтому при проектировании системы нужно начинать с количественного анализа свойств объекта управления и целей создаваемой системы.
Электрическое моделирование кинетики реактора.
Впервые идею моделирования кинетики ЯР выдвинул американский проектант первой в мире атомной подводной лодки М. Шульц ( 1 ).
Несколько позже в 1957г в Советском Союзе в ФЭИ эта работа была продолжена нами (2) совместно с И.И.Сидоровой по созданию специализированной аналоговой вычислительной установки «Байкал» сначала для проектирования АЭС, а позже и для подготовки персонала АЭС в Ново-воронежском Учебно-Тренажном Центре (УТЦ) ( 3 ).
Занимаясь в ФЭИ разработкой СКУЗ исследовательских ЯР, мне пришла в голову идея создания на базе элементов технических средств моделирующих ЭВМ унифицированных СКУЗ ЯР сначала в аналоговой, а затем и в микропроцессорной форме, которая получила название « Микро-СУЗ» ( 4 ).
Сущность унификации заключается в том, что все приборы СКУЗ ЯР проектируются на общей элементной базе ( например, на операционных усилителях ). Раньше эти приборы изготавливались на транзисторах.
Таким образом, эта идея использования аналоговых моделей непосредственно в системах управления и для обучения оказалась очень плодотворной и при создании СКУЗ ЯР четвертого поколения на микропроцессорных элементах ( 5).
Элементарные сведения из теории математического моделирования.
Сначала ответим на три вопроса:
1.Зачем нужны имитационные модели при проектировании СКУЗ ЯР ?
2.Какова методика математического моделирования ?
3.Какие результаты мы хотим получить с помощью имитационных моделей ?
Ответ на вопрос.1.
Наша цель- создать новые технические средства безопасного управления ЯР, в контур управления которых входит оперативный персонал. Структура взаимодействия этих элементов приведена на рис.2 .
Объект
управления
(реактор)
Технические
средства
управления
Оперативный
персонал
Рис.2. Эксплуатация СКУЗ ЯР на АЭС.
Из этого рисунка наглядно видно, что экспериментировать с этими реальными элементами на практике никто не позволит !
Остается работать только с имитаторами ( техническими математическими моделями этих элементов ).
Однако, как уже отмечалось в первой теме, хотя математические модели и универсальны, однако они позволяют моделировать не все, а только наиболее важные для наших исследований свойства СКУЗ ЯР. Поэтому для каждого
свойства приходится создавать свои математические модели и методы их анализа .
Так, например, в Вашей курсовой работе необходимо анализировать устой-
чивость , качество переходного процесса САР, бороться с шумами и помехами, а также отказами отдельных элементов и ошибками персонала.
Для этой цели приходится разрабатывать передаточную функцию ЯР, а в качестве метода исследования использовать критерий Найквиста с логарифмическими частотными характеристиками типовых звеньев.
Однако для имитации деятельности эксплуатационного персонала по настройке регулятора согласно нашему методу Опорной модели ( 7 ) приходится использовать Вашу реальную деятельность «настройщика» при работе на имитационных моделях ЯР и автоматического регулятора.
Для анализа надёжности работы этого же регулятора приходится уже использовать другие- логико-вероятностные математические модели с инженерными методами их анализа на ПЭВМ.
Ответ на вопрос 2.
Расскажите методику математического моделирования .
1.Сначала рассматривается цель исследования и физические свойства Объекта, описываемые физическими уравнениями. с интересующими нас физическими параметрами, например, РФ – физическая мощность ЯР.
2.Предлагается имитационная модель этого объекта, которая уже описывается
машинными математическими уравнениями с входящим в них моделируемым параметром UМ в аналоговой или цифровой форме.
3.Между этими параметрами на основе начальных условий вводятся масштабные коэффициенты Подобия ( коэффициенты пропорциональности) в виде:
U М =АР х РФ (2-1)
4. Теперь в машинные уравнения вместо машинных переменных подставляются физические переменные , согласно уравнению ( 2-1) и с помощью этих уравнений создается техническая имитационная модель, которая затем используется при проектировании вместе с моделями технических средств управления.
В качестве простого примера этой процедуры рассмотрим создание имитационной модели двигателя постоянного тока , число оборотов которого nФ пропорционально напряжению uФ на его щетках якоря в виде физического уравнения типа :
dnФ / dtФ =К1х u Ф ( 2-2)
где: К1-коэффициент пропорциональности
Наша цель создания имитационной модели заключается в изучении закона изменения nФ при произвольном изменении uФ .
Из математической аналогии следует, что для имитации связи этих переменных хорошо подходит аналоговый или цифровой интегратор.
Возьмем для примера аналоговый интегратор на операционном усилителе, как показано на рис.4.
IОС
C
R
ОУ
UВХ
М
UВЫХ М
I ВХ О
Рис.4 .Электронная аналоговая имитационная модель переходных процессов в
реальном двигателе.
Для вывода дифференциальных уравнений связи выходного напряжения со входным нужно вспомнить, что входной ток равен току обратной связи, а потенциал точки « О « всегда равен нулю !
Тогда I ВХ = UВХ М / R , а ток IОС = С х dUВЫХ М / dt
В результате приравнивания этих токов, получим уравнение ( 2- 3 )
d UВЫХ М /dt М = UВХ М / RхС (2-3 )
Теперь введем масштабные коэффициенты подобия:
UВЫХ М = А1х nФ -для числа оборотов (2-4 )
UВХ М = А2 х uФ -для напряжения якоря (2-5 )
tМ = А3 х , tФ -для масштаба времени ( 2-6 )
Теперь подставим в уравнение ( 2-3 ) соотношения (2-4), (2-5) и (2-6), тогда:
получим dnФ / dtФ = u Ф х ( А2 А3 / А1 RхС ) или
при К1= ( А2 А3 / А1 RхС ) уравнения ( 2-3) и (2-3) подобны !
А3 – масштаб времени. При А3=1 (натуральный ) означает что переменные модели изменяются также как в реальном времени. Изменяя этот масштаб можно ускорять и замедлять наблюдаемый процесс
Иногда удобно рассматривать быстрые аварийные процессы в реакторе в замедленном масштабе времени, что невозможно в реальных случаях!
Для закрепления знаний по этой задаче – запишите её в тетради и найдите значения масштабных коэффициентов подобия для начальных условий в виде :
nФ = 1000 оборотов/мин равно UВЫХ =10В
uФ =10В соответствует UВХ =10 В
Примите А3 =1 и RхС =1сек.
Эта модель позволяет имитировать на математической модели такие процессы, которые не возможны на реальном объекте в замедленном или ускоренном масштабе времени !
Теперь рассмотрим - какие результаты мы хотим получить от имитационных моделей в различных режимах работы реактора ?
Ответ на вопрос 3.
Какие результатов мы хотим достигнуть ?