Курсовая работа по дисциплине «Динамические интеллектуальные системы» Тема курсовой работы - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Курсовая работа включает следующие разделы 1 286.56kb.
Курсовая работа по дисциплине : «Информатика» тема: «Особенности... 1 283.04kb.
Цель и задачи выполнения курсовой работы. Подготовка к написанию... 1 72.4kb.
Курсовая работа по дисциплине «Моделирование систем» 1 132.93kb.
Тема курсовой работы 1 103.16kb.
Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине... 1 346.04kb.
Курсовая работа состоит из страниц. Для написания моей курсовой работы... 1 339.18kb.
Курсовая работа Тема работы: "Расчет квазистационарных перенапряжений... 1 98.2kb.
I исследование группы систем 1 36.8kb.
Курсовая работа оформляется как структурированный документ, включающий 2 459.1kb.
Курсовая работа по дисциплине «Микропроцессорные системы» 1 51.76kb.
Тепловые электрические станции; Технология воды и топлива на тепловых... 1 136.78kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Курсовая работа по дисциплине «Динамические интеллектуальные системы» Тема курсовой - страница №1/1


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»





Факультет Кибернетики

Кафедра № 22



КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Динамические интеллектуальные системы»
Тема курсовой работы:

Разработка прототипа «Оператор Реактора»динамической интеллектуальной системы для диагностики состояния активной зоны реактора по измерениям системы внутриреакторного контроля

Группа К9-221
Разработчики: Лахман К.В, Цветков А.И.
Научный руководитель: д.т.н., профессор Рыбина Г.В.

Москва 2009

Оглавление


Введение 3

1. Назначение системы 4

2. Общая архитектура прототипа «Оператор Реактора» 5

3. Общая характеристика имитационной модели активной зоны ядерного реактора 6

4. Описание имитационной модели активной зоны ядерного реактора 7

5. Реализационные решения при разработке прототипа 9

Основные группы правил 11

6. Краткое описание функционирования системы и интерфейса 14

Литература 18



Введение


В данной работе описывается демонстрационный прототип динамической экспертной системы, обеспечивающей поддержку принятия решений оператором реактора по введению управляющего воздействия для достижения стабильного состояния системы при требуемом уровне энерговыделения реактора в случае случайных возмущений, вывода реактора на новый уровень мощности, а также в случае выхода активной зоны из стабильного состояния. В частности решаются такие задачи как мониторинг состояния реактора, диагностика возникающих отклонений от стабильного состояния и выдача рекомендаций по возврату активной зоны в стабильное состояние.

Для управления состоянием активной зона реактора актуальны задачи анализа состояния активной зоны и диагностики различных причин дестабилизации, обработка внешних воздействий и введение управляющих воздействий по возвращению активной зоны в стабильное состояние. На основе показаний датчиков энерговыделения и расчетных параметров системы внутриреакторного контроля оператору ядерного реактора необходимо принимать решения в реальном времени относительно необходимых воздействий.

Традиционная система определения состояний реактора и необходимых воздействий опирается на фундаментальный математический аппарат систем нелинейных дифференциальных уравнений, что затрудняет ее использование в режиме реального времени. Эти обстоятельства вынуждают оператора ядерного реактора принимать решения на основе показаний системы контроля исходя из собственного опыта и рекомендаций, описанных в различных уставных документах[1,2].

В связи с этим является актуальным применение методов, средств и технологий динамических интеллектуальных систем. Это позволит осуществлять диагностику приемлемого качества в режиме реального времени и снизить нагрузку на оператора реактора, что позволит ему принимать обоснованные решения на основе рекомендаций системы.

Исходя из этого, целью данной работы является разработка прототипа экспертной системы реального времени «Оператор Реактора» для мониторинга, диагностики и управления ядерного реактора типа ВВЭР-1000, которая будет обеспечивать поддержку принятия решений оператором.

. Разработка прототипа проводилась с использованием методов интеллектуального имитационного моделирования[2]. Реализация прототипа данной системы проводилась с помощью инструментальной среды G2 (версия 8.3) фирмы Gensym Corp, являющейся мировым лидером по созданию бизнес-приложений реального времени.

В качестве эксперта по проблемной области был привлечен к.т.н. Шумский Б. Е. (каф. 5)

Активная зона ядерного реактора — пространство, в котором происходит контролируемая цепная реакция деления ядер тяжёлых изотопов урана или плутония. В ходе цепной реакции выделяется энергия в виде нейтронного и γ-излучения, β-распада, кинетической энергии осколков деления.

В состав активной зоны входят:



  • Ядерное топливо (Основой ЯТ является ядерное горючее — делящееся вещество)

  • Замедлитель (в реакторах на тепловых нейтронах)

  • Теплоноситель, передающий образующееся тепло за пределы реактора, например для привода электрических генераторов.

  • Устройства систем управления и защиты реактора (СУЗ)

ВВЭР (Водо-водяной энергетический реактор) — водо-водяной корпусной энергетический ядерный реактор. Активная зона ВВЭР-1000 набирается из 163 кассет, в каждой из которых по 312 ТВЭЛов. Равномерно по кассете расположены 18 направляющих трубок.

Система внутриреакторного контроля (СВРК) — система контроля ядерного реактора, которая даёт сведения о параметрах и характеристиках активной зоны, необходимых для обеспечения проектного технологического режима эксплуатации активной зоны ядерного реактора. Основная задача — восстановление поля энерговыделения в объёме активной зоны для обеспечения безопасной эксплуатации ядерного топлива.

Аварийная ситуация – ситуация, при которой определенные параметры ядерного реактора при реакторной установки выходят за предельно допустимые значения

  1. Назначение системы


Данный прототип динамической интеллектуальной системы предназначен для моделирования динамики состояния активной зоны ядерного реактора типа ВВЭР-1000, анализа его текущего состояния и выдачи рекомендации по поддержанию состояния реактора в штатном режиме.

Демонстрационный прототип «Оператор Реактора» относится к классу динамических интеллектуальных систем, решающих неформализованные задачи – мониторинга, диагностики и управления, и обладает следующими основными возможностями:



  • Инициализации модели активной зоны с заданными параметрами стабильного состояния

  • Моделирование динамики активной зоны ядерного реактора и выходного генератора

  • Моделирование случайных возмущений



  • Анализ и вывод диагностических сообщений о состояния модели реактора

  • Введение управляющих воздействий по поддержанию стабильности реактора

  • Выдача рекомендаций оператору реактора по переводу реактора на новый уровень мощности

  • Выдача рекомендаций оператору реактора по необходимости введения управляющих воздействий на основе анализа и диагностики показаний энерговыделения активной зоны
  1. Общая архитектура прототипа «Оператор Реактора»


Архитектура прототипа «Оператор Реактора» имеет вид, представленный на рис. 1.

Рис 1. Архитектура прототипа «Оператор Реактора»

Архитектура включает в себя базовые компоненты[3] динамической экспертной системы, такие как база знаний, решатель с рабочей памятью, имитационная модель внешнего мира, объяснительный и диалоговый компоненты, а также пользовательский интерфейс.

В системе использован универсальный решатель системы G2. В качестве языка представления знаний используется язык представления знаний, реализованный в G2.


  1. Общая характеристика имитационной модели активной зоны ядерного реактора


Для реализации прототипа «Оператор Реактора» была построена имитационная модель активной зоны ядерного реактора и выходного генератора, представленная на Рис.2.


Модель активной зоны ядерного реактора

Модуль сборки и выдачи данных

Модель случайных возмущений

Модель системы управления

Модуль преобразования исходных данных

Рис. 2. Имитационная модель активной зоны ядерного реактора

Имитационная модель включает в себя модель активной зоны ядерного реактора и выходного генератора. Она характеризуется такими параметрами, как текущее состоянием системы, которое опрделяется энерговыделением активной зоны, объектами системы, а также их параметры; т.е. множество контролируемых неуправляемых параметров (на Рис.2. обозначенных вектором ), влияющих на энерговыделение активной зоны ; модель случайных возмущений, генерирующую множество возмущений (на Рис.2. обозначенных вектором ) таких, как самоход рабочей работы и растворение замедлителя (бора); модель системы управления, обеспечивающую формирование множества контролируемых управляемых параметров, (на Рис.2. обозначенных вектором ), т.е. возможные управляющие воздействия по стабилизации активной зоны; множество выходных параметров модели объекта управления (на Рис.2 обозначенных вектором ): сообщения об успешности выполнения того или иного управляющего воздействия.

В качестве метода имитационного моделирования выбран процессный метод сканирования активности. Для этого выделяются состояния системы  и описываются управляющие воздействия, которые переводят ее из одного  состояния в другое. Время изменения состояния системы составляет постоянную величину, которая сопоставляется с интервалом сканирования активности. Предполагается реализовать два режима работы прототипа: обычный и ускоренный, дабы предоставить пользователю удобный инструмент моделирования

Опишем имитационную модель математически:

Мимактивной зоны = <Моу, X, U, E, Y, S, FXEU->Y>, где

Моу - модель объекта управления;

Мсу – модель системы управления;

Мсв – модель случайных возмущений;

X – множество входных неконтролируемых параметров;

U – множество входных контролируемых параметров;

E – множество случайных возмущений;

Y – множество выходных параметров;

S – множество состояний системы;

FXEU->Yфункция определения выходных данных по входным параметрам

  1. Описание имитационной модели активной зоны ядерного реактора


Объекты системы:

Активная зона - пространство, в котором происходит контролируемая цепная реакция деления ядер тяжёлых изотопов урана или плутония.

Параметры Active_Zone:



  1. Power : integer - Мощность (МВт) (Диапазон : 0 – 3000 МВт);

  2. Nuclear_dec : integer - Выгорание ядерного топлива (МВт·сут/кгU) (Диапазон : 0 – 10 МВт·сут/кгU).

Теплоноситель - жидкое или газообразное вещество, применяемое для передачи тепловой энергии.

Параметры Warm_Holder:



  1. Tempature : integer - Температура теплоносителя (легкая вода) (К) (Диапазон : 0 – 1000 К).

Замедлительвещество служащее для процесса уменьшения кинетической энергии свободных нейтронов в результате их многократных столкновений с атомными ядрами вещества.

Параметры Slower:



  1. Concentration : integer - Концентрация B(бора) (1/м3) (Диапазон : 0 – 1000 1/м3).

Рабочая группасовокупность всех ТВС и ТВЭЛов.

Параметры Work_Group:



  1. Position : integer - Высота положения рабочей группы (мм) (Диапазон : 0 – 1000 мм).

1-ый контур

Параметры Contour:



  1. Pressure_contour : integer - Давление(кПа) (Диапазон : 0 – 1000 кПа).

Парогенератор

Параметры Steam_Generator:



  1. Pressure_generator : integer - Давление (кПа) (Диапазон : 0 – 1000 кПа).

Выходной генератор

Параметры Generator:



  1. Power_generator : integer - Мощность (МВт) (Диапазон : 0 – 1500 МВт).


Состояние системы:

S – множество возможных состояний системы, которое является декартовым произведением диапазонов всех неконтролируемых параметров.

S = (s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7)

s1: Active_Zone - активная зона;

s1: Warm_Holder - теплоноситель;

s1: Slower - замедлитель;

s1: Work_Group - рабочая группа;

s1: Contour - 1-й контур;

s1: Steam_Generator - парогенератор;

s1: Generator - выходной генератор;

Штатными состояниями считаются состояния, при которых мощность активной зоны реактора близка к ставке мощности, а мощность выходного генератора близка к ставке мощности генератора.



Входы и выходы:

Неконтролируемые параметры: X = (x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7)

x1: integerмощность активной зоны реактора (МВт);

x2: integerмощность выходного генератора (МВт);

x3: integerкоэффициент выгорания ядерного топлива (МВт·сут/кгU);

x4: integerтемпература теплоносителя (легкая вода) (К);

x5: integerвысота положения рабочей группы (мм);

x6: integerконцентрация B(бора) (1/м3);

x7: integerдавление в парогенераторе (кПа);

x7: integerдавление в 1-м контуре(кПа).

Контролируемые параметры: U = (u1)

u1 – операция

Возможные операции и их параметры:



ChageWorkGroup (dx: integer) – изменить положение рабочей группы;

GoBor () – включение подачи бора;

NoBor () – выключение подачи бора;

GoWater () – включение подачи дистилата(легкой воды) с целью снижения концентрации бора;

NoWater () – выключение подачи дистилата(легкой воды);

ChangePressure (Steam_Pressure: integer) - изменение давления в парогенераторе с целью изменения мощности на выходном генераторе;

ChangePowerTar(Power: integer) – изменение ставки мощности активной зоны;

ChangeGenPowerTar(GenPower: integer) – изменение ставки мощности выходного генератора.



Случайные возмущения: E = (e1)

e1 – (внезапное внештатное внешнее воздействие)

Возможные случайные возмущения и их параметры



GroupSelf(dx : integer) – самоход рабочей группы;

BorDec(dP : integer) – самопроизвольное растворение концентрации бора.
Выходы: Y = (y1,y2,y3)

y1:booleanуспешность управляющего воздействия

y2:realуровень энерговыделения (МВт)

  1. Реализационные решения при разработке прототипа


Иерархия рабочих пространств

Выделены основные рабочие пространства:



  1. Рабочее пространство с объявлением классов системы.

  2. Рабочее пространство с набором правил.

  3. Титульное рабочее пространство.

  4. Рабочее пространство задания начальных параметров.

  5. Рабочее пространство осуществления управляющих воздействий.

  6. Рабочее пространство моделирования и выдачи рекомендаций.

Используемые классы и диаграмма их взаимодействия

Рис. 3. Диаграмма взаимодействия классов

Опишем построенную модель взаимодействия объектов системы, показанную на рис. 3:


  1. Положение Рабочей группы непосредственно влияет на показания энерговыделения Активной зоны. При поднятии Рабочей группы Мощность Активной зоны повышается, при спуске Рабочей группы Мощность Активной зоны снижается.

  2. При снижении Концентрации Замедлителя Мощность Активной зоны повышается, в противном случае снижается.

  3. При снижении Температуры Теплоносителя Мощность Активной зона повышается, в противном случае снижается.

  4. При повышении Давления в Парогенераторе Температура Теплоносителя повышается, в противном случае снижается.

  5. Мощность Выходного генератора определяется непосредственно показаниями Давления Парогенератора и Мощности Активной зоны.

Взаимодействие пользователя с системой при инициализации параметров

Рис 4. Взаимодействие пользователя с системой при инициализации


Основные группы правил


  1. Правила, определяющие влияние положения рабочей группы, концентрации бора и температуры теплоносителя на мощность реактора.

  2. Правила, определяющие влияние давления в парогенераторе на температуру теплоносителя и давления в первом контуре.

  3. Правила, определяющие вероятность случайных воздействий, а именно самохода рабочей группы и разбавления концентрации бора.

  4. Диагностические правила, определяющие рекомендованное управляющее воздействие по параметрам активной зоны, первого контура и желаемого уровня мощности реактора.

  5. Правила, обеспечивающие вывод информации о состоянии модели.

  6. Правила осуществляющие изменение внешнего вида модели.

  7. Системные правила, определяющие доступность тех или иных функций прототипа в зависимости от текущего режима.

Взаимодействие пользователя с системой в процессе моделирования активной зоны.

Рис. 5. Взаимодействие пользователя с системой в процессе моделирования и диагностики

В качестве примера исходного кода реализованной системы приведем несколько фрагментов основных правил и процедур, а также рабочую область, содержащую основные правила.


Процедура моделирования реактора ВВЭР-100

Modeling()

begin

conclude that the time of system_time = the time of system_time + 1;



if random(1,100) >= 98 then start rand_pos_change();

if random(1,100) >= 98 then start rand_con_bor();

conclude that the full_conc of system = the full_conc of system + the nuclear_concentration of activezone * random(0,1);

if the power of activezone > 0 then conclude that the power of activezone = the power of system - (the concentration of slower - the concentration of system)*8 - (the position of work_group - the position of system)*130 - (the tempature of warm_holder - the tempature of system)*4 - the full_conc of system;

if the power of activezone >3000 then conclude that the background-images of main_work = "avar_image at (0,0)";

conclude that the concentration of slower =the concentration of slower + 5*the go_bor of system - 5*the go_water of system;

conclude that the tempature of warm_holder = the tempature of system - truncate((the pressure of steam_generator - the pressure_steam of system)*0.01*3);

conclude that the power of generator = truncate(the power of activezone * the pressure of steam_generator *0.001* 0.5);

end





Процедура моделирования самопроизвольного растворения замедлителя

rand_con_bor()

begin

if the concentration of slower > 0 then



begin

conclude that the temp_random of system = random(1,15);

conclude that the concentration of slower = the concentration of slower - the temp_random of system;

change the text of event_box3 to " [the time of system_time] : Самопроизвольное растворение бора на [the temp_random of system] 1/м^3";

end;

end





Фрагмент процедуры анализа состояния выходного генератора

power_gen_fluc(p:integer)

begin

if abs(p)>100 then



begin

if p>0 then

begin

change the text of event_box2 to "[the time of system_time] : Значительное снижение мощности генератора на [p] Вт";



conclude that the temp1 of system = truncate(the power of activezone * 0.5);

if the temp1 of system > (the power_gen_reach of system - 100) then

begin

conclude that the temp1 of system = truncate((the power_gen_reach of system - 100)/(the power of activezone*0.5*0.001));



change the text of recom_box2 to "[the time of system_time] : Рекомендуется повысить давление парогенератора до [the temp1 of system+30]";

end


else

begin


conclude that the temp1 of system= truncate(the power_gen_reach of system/(the pressure of steam_generator*0.5*0.001));

change the text of recom_box2 to "[the time of system_time] : Рекомендуется повысить ставку мощности активной зоны до [the temp1 of system] Вт";

end;

end


……………………………………………………………………………………………….

end



Рис.6. Рабочее пространство, содержащее основные правила


  1. Краткое описание функционирования системы и интерфейса


При запуске прототипа пользователя приветствует титульный экран:

Рис. 7. Титульный экран

При нажатии кнопки «Старт» пользователь переходит на основной экран прототипа.

Рис.8. Основной экран моделирования


Пользовательский интерфейс основного экрана разработан таким образом, чтобы можно было эффективно просматривать диагностическую информацию и рекомендации, а также осуществлять доступ к всем инструментам прототипа.

В нижем левом углу осуществляется вывод диагностической информации о состоянии активной зоны и выходного генератора, а также о произошедших случайных событиях, таких как самоход рабочей группы и самопроизвольное растворение концентрации бора.

В центральной части основного экрана располагается модель ядерного реактора ВВЭР-1000, на которой отображаются текущие значения параметров объектов модели. Также осуществляется вывод номера такта дискретного времени моделирования активной зоны.

В правой части основного экрана осуществляется вывод рекомендаций по стабилизации энерговыделения активной зоны на требуемом уровне мощности и стабилизации мощности выходного генератора. Ставки мощности активной зоны и выходного генератора задаются с помощью ползунков. При помощи навигационных кнопок в правой части экрана осуществляется доступ к таким инструментам прототипа, как задание начальных параметров моделирования и осуществление управляющих воздействий для стабилизации реактора, остановка и сброс моделирования, а также переключение между обычным и ускоренным режимами моделирования.

На экране задания параметров моделирования пользователю предлагается с помощью ползунков ввести в систему начальные (стабильные) значения параметров объектов модели реактора.

Рис. 9. Экран задания начальных параметров


Запуск модели осуществляется с помощью нажатия кнопки «Старт». В процессе моделирования отображаются изменения параметров различных объектов реактора, осуществляется вывод диагностической информации и рекомендаций по стабилизации модели.

Согласно общепринятой методике сначала предлагается провести стабилизацию активной зоны на заданном уровне энерговыделения, а затем вывести выходной генератор на требуемую мощность.

С заданной вероятностью в системе происходят случайные возмущения.

Рис.10. Основной экран – режим моделирования


Введение управляющих воздействий, таких как изменение положения рабочей группы, включение/выключение подачи бора и дистилата, изменение давления в парогенераторе, осуществляется на экране Действий, который вызывается нажатием клавиши «Управляющие воздействия».

Рис. 11. Экран введения управляющих воздействий

В случае аварийной ситуации на реакторе, которая происходит при достижении экстремально высокого уровня энерговыделения, на основной экран выводится сообщение о аварии и процесс моделирования останавливается.

Рис. 12. Сообщение об аварии на реакторе



Литература


1. ГОСТ 17137-87 «Системы контроля, управления и защиты ядерных реакторов. Термины и определения». Действует с 01.01.1988

2. ГОСТ 26635-85 «Реакторы ядерные энергетические корпусные с водой под давлением. Общие требования к системе внутриреакторного контроля». Действует с 01.01.1987



3. Рыбина Г.В. Теория и технология построения интегрированных экспертных систем. – М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2008. – 482с.







Деспотизм — вот к чему ведет торжествующая общая воля; а чей деспотизм — одного, нескольких или всех, — это уже несущественно. Бенжамен Констан
ещё >>