Modeling and Control of a Large Nuclear Reactor: A Three-Time-Scale Approach

تحلیل کنترل و طراحی راکتورهای هسته‌ای بزرگ نیازمند یک مدل ریاضی مناسب است که حالت پایدار و رفتار دینامیکی راکتور را با دقت معقول نشان می‌دهد. با این حال، این کار به دلیل چندین پدیده دینامیکی پیچیده که در یک راکتور وجود دارد، بسیار چالش برانگیز است. اغلب، مدل‌های توسعه‌یافته دارای نظم بسیار بزرگ، غیرخطی و ساختار پیچیده‌ای هستند که به آسانی برای مطالعات کنترلی قابل پذیرش نیستند. علاوه بر این، وجود تغییرات دینامیکی همزمان در سرعت‌های مختلف، مدل ریاضی را مستعد عدم شرطی شدن عددی می‌کند و از کاربرد مستقیم تکنیک‌های کنترل استاندارد جلوگیری می‌کند. این مونوگراف تکنیکی را برای مدل‌سازی ریاضی راکتورهای هسته‌ای بزرگ در چارچوب سینتیک چند نقطه‌ای معرفی می‌کند تا یک مدل مرتبه نسبتاً کوچک‌تر در فرم فضای حالت استاندارد به دست آورد و بدین ترتیب بر این مشکلات غلبه کرد. علاوه بر این، روش‌های نوآورانه‌ای را برای طراحی کنترل‌کننده برای سیستم‌هایی که دارای ویژگی‌های چندمقیاس زمانی هستند، با تأکید بر سیستم‌های مقیاس سه‌زمان ارائه می‌کند.

Control analysis and design of large nuclear reactors requires a suitable mathematical model representing the steady state and dynamic behavior of the reactor with reasonable accuracy. This task is, however, quite challenging because of several complex dynamic phenomena existing in a reactor. Quite often, the models developed would be of prohibitively large order, non-linear and of complex structure not readily amenable for control studies. Moreover, the existence of simultaneously occurring dynamic variations at different speeds makes the mathematical model susceptible to numerical ill-conditioning, inhibiting direct application of standard control techniques. This monograph introduces a technique for mathematical modeling of large nuclear reactors in the framework of multi-point kinetics, to obtain a comparatively smaller order model in standard state space form thus overcoming these difficulties. It further brings in innovative methods for controller design for systems exhibiting multi-time-scale property, with emphasis on three-time-scale systems.