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从切尔诺贝利、三里岛的核事故到刚刚经历的日本福岛核电站危机,世界各国对核电站的安全稳定运行的要求日益严格,对其在日常运行过程中的控制提出了很高的要求。作为具有第四代核能系统特征的优选堆型,球床模块式高温气冷堆固有安全特性以及模块化的设计思想,受到了世界各国核电业的关注。清华核能与新能源研究所在已建成并运行的HTR-10实验堆的基础上,设计了世界首创的HTR-PM高温气冷堆示范核电站。HTR-PM采用“两堆带一机”的独特电站结构模式,在核燃料结构、换热介质乃至设备等方面与现有压水堆和沸水堆电站有非常大的区别。由于其本身特性非常复杂、动态过程中具有参数时变特性,现有的PID控制方案难以有效应对。本文以HTR-PM为对象,构建动态仿真与先进控制仿真平台,以实现其动态操作过程中的快速平稳运行为目标,研究其相应的模型预测控制策略。本文的主要研究内容和成果如下：(1)搭建HTR-PM半实物动态仿真与先进控制仿真平台,并利用gPROMS下实现了HTR-PM机理模型的动态模拟。自行开发了gPROMS的OPC通讯模块,实现了仿真平台与第三方先进控制软件的实时通讯和闭环在线仿真。利用仿真平台考察HTR-PM系统在变负荷过程中的非线性特征,并在分析HTR-PM核电站现有PID控制策略的基础上,提出了适用于变负荷过程控制的模型预测控制方案。(2)提出了高温气冷堆的基于操作轨迹LPV模型的模型预测控制策略,解决HTR-PM在变负荷操作过程中的非线性和参数时变特性。根据功率负荷调度变量的操作轨迹,选取若干功率水平上的HTR-PM线性模型,辨识其变负荷操作范围上的操作轨迹LPV模型。而后基于HTR-PM仿真控制平台,分别采用常用的线性模型预测控制策略和基于操作轨迹LPV模型的预测控制策略进行仿真,结果表明操作轨迹LPV模型能准确地描述对象在变负荷过程中的非特性,控制效果优于线性预测控制策略。(3)针对操作轨迹LPV模型辨识方法的模型集确定需依赖经验进行设计的问题,提出了一种基于非线性度量gap metric准则的精简基准线性模型集划分方法。该方法通过非线性度的计算划分对象的操作空间,确定精简的子空间个数和相应的子空间表征线性模型,形成操作轨迹LPV模型预测控制算法的精简线性模型集。对HTR-PM进行操作空间划分的仿真结果表明能够更好地逼近机理模型,减小模型失配的程度,提升了控制性能。