CN112818433A - 一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法 - Google Patents

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张博文
成守宇
彭敏俊
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宇炎
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Abstract

本发明公开了一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法，应用于控制系统建模方法技术领域，包括以下步骤：S101、根据核动力装置建立图形化模块库；S201、通过图形化模块库搭建核动力装置的控制模型；S301、对步骤S201中的控制模型进行参数化建模；S401、识别步骤S201中的控制模型的拓扑关系，生成控制模型的动态链接库，供其他程序调用。本发明采用图形化的建模方式，无需手写代码，建模方式更加直观便捷；采用参数化的建模方式，可对需要设置参数的模块进行参数设置，以保证该模块正确实现相应的功能；通过模块库中模块的组合，可实现任意核动力装置控制模块的建模，灵活性强。

Description

一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法
技术领域
本发明涉及控制系统建模方法技术领域，更具体的说，涉及一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法。
背景技术
核动力装置主要包括一回路系统、二回路系统、一回路辅助系统和二回路辅助系统，为了在满足外部负荷需求的情况下实现核动力装置的安全、稳定运行，需要由综合控制系统对上述系统的执行机构传递控制信号，通过成百上千个执行机构的动作实现对核动力装置的控制。由于执行机构数量众多且控制算法和控制逻辑复杂，通过手写代码的编程方式费时费力，不够直观，编程错误率高，且难以快速发现错误。
因此，提供一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法，克避免了手写代码带来的问题，通过参数化、模块化、图形化的建模方式，实现了灵活、有效的控制系统快速建模，并且可与被控对象快速建立接口关系，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法，包括以下步骤：
S101、根据核动力装置建立图形化模块库；
S201、通过图形化模块库搭建核动力装置的控制模型；
S301、对步骤S201中的控制模型进行参数化建模；
S401、识别步骤S201中的控制模型的拓扑关系，生成控制模型的动态链接库，供其他程序调用。
优选的，步骤S101的具体内容为：
S1011、根据核动力装置确定图形化模块库中各个模块的输入、输出接口；
S1012、根据核动力装置建立图形化模块库中各个模块的图标，并生成SVG格式文件；
S1013、根据核动力装置确定图形化模块库中各个模块的功能，定义用户设置的参数；
S1014、生成图形化模块库中各个模块的应用程序接口；
S1015、将图形化模块库中各个模块集成到图形化模块库中。
优选的，步骤S201的具体内容为：
S2011、将所需的图形化模块从图形化模块库拖拽到控制模型建模界面中；
S2012、根据核动力装置设计资料所提供的控制算法和/或控制逻辑，将控制模型界面中各个图形化模块的输入、输出接口通过线有序连接起来。
优选的，步骤S401的具体内容为：
S4011、从控制模型中任一单节点模块出发，进行深度优先搜索，当遇到多节点图形化模块时停止当前路径搜索，寻找下一条路径继续进行深度优先搜索，直到所有满足条件的路径搜索完毕；
S4012、针对多节点图形化模块进行广度优先搜索；
S4013、针对双节点图形化模块之间或双节点图形化模块与单节点图形化模块之间的路径，执行深度优先搜索；
S4014、重复执行上述三步进行搜索，直至所有图形化模块都被搜索到。
优选的，步骤S401中按节点数量划分的图形化模块具体包括：
1)单节点图例：只包含一个输入或输出节点；
2)双节点图例：只包含一个输入和输出节点；
3)多节点图例：包含两个及以上输入节点和一个输出节点。
优选的，图形化模块库根据核动力装置的执行机构进行建立。
优选的，核动力装置的执行机构包括：控制棒、电加热器、泵和阀中的一种或多种。
优选的，图形化模块库，具体包括：
a.图形化模块库包括如下图例：模拟输入量、模拟输出量、数字输入量、数字输出量、PI控制器、PID控制器、比例过程、积分过程、微分过程、控制死区、超限函数、参考温度函数、比较超限1、比较超限2、偏差、加法器、函数、滤波器、与门、或门和非门；
b.确定各图例的功能、输入节点数、输出节点数、设置参数个数；
c.确定各个图例的样式，采用XML语言对图例信息进行描述，描述的信息包括图库版本号、图库编码、图例名称、默认节点信息、节点信息、图例中包括的图形、文字、图片的大小、颜色和位置，生成SVG格式图例；
d.编写每个图例的子程序，根据图例的功能，编写子程序代码，建立输入节点与输出节点之间的关系，输入节点被赋值后，调用图例的子程序，可计算输出节点的数值。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法，本发明采用图形化的建模方式，无需手写代码，建模方式更加直观便捷；采用参数化的建模方式，可对需要设置参数的模块进行参数设置，以保证该模块正确实现相应的功能；通过模块库中模块的组合，可实现任意核动力装置控制模块的建模，灵活性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法的方法流程图；
图2为搭建的控制模型图形方案示意图；
图3为“PI控制器”图例参数设置示意图；
图4为核反应堆功率控制模型图形方案示意图；
图5为核反应堆功率控制模型拓扑分析示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照附图1所示，本实施例公开了提供一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法，包括以下步骤：
S101、根据核动力装置建立图形化模块库；
S201、通过图形化模块库搭建核动力装置的控制模型；
S301、对步骤S201中的控制模型进行参数化建模；
S401、识别步骤S201中的控制模型的拓扑关系，生成控制模型的动态链接库，供其他程序调用。
在一个具体实施例中，步骤S101的具体内容为：
S1011、根据核动力装置确定图形化模块库中各个模块的输入、输出接口；
S1012、根据核动力装置建立图形化模块库中各个模块的图标，并生成SVG格式文件；
S1013、根据核动力装置确定图形化模块库中各个模块的功能，定义用户设置的参数；
S1014、生成图形化模块库中各个模块的应用程序接口；
S1015、将图形化模块库中各个模块集成到图形化模块库中。
在一个具体实施例中，
1)如表1所示，图形化模块库中图例包括21个，分别为模拟输入量、模拟输出量、数字输入量、数字输出量、PI控制器、PID控制器、比例过程、积分过程、微分过程、控制死区、超限函数、参考温度函数、比较超限1、比较超限2、偏差、加法器、函数、滤波器、与门、或门、非门，确定了各图例的功能、输入节点数、输出节点数和设置参数个数；
表1图形化模块库中图例信息表
Figure BDA0002952220430000051
Figure BDA0002952220430000061
2)如表2所示，确定图例样式；
表2图形化模块库中图例样式表
Figure BDA0002952220430000062
3)采用XML语言对图例信息进行描述，描述的信息包括图库版本号、图库编码、图例名称、默认节点信息、节点信息、图例中包括的图形、文字、图片的大小、颜色和位置，生成SVG格式图例；
4)编写FORTRAN代码的各图例子程序，首先定义子程序名称和变量，然后运用这些变量实现图例所需的功能，建立输入节点、设定参数、输出输出节点之间的逻辑关系，完成子程序代码编写。
在一个具体实施例中，步骤S201的具体内容为：
S2011、将所需的图形化模块从图形化模块库拖拽到控制模型建模界面中；
S2012、根据核动力装置设计资料所提供的控制算法和/或控制逻辑，将控制模型界面中各个图形化模块的输入、输出接口通过线有序连接起来。
在一个具体实施例中，如图2所示，步骤S2012中，搭建相应控制模型的图形方案，用箭头将图例按逻辑顺序首尾连接。
在一个具体实施例中，如图3所示，步骤S301对控制模型进行参数化建模，具体内容如下：
1)设置相应图形化模块的参数值，将所需设定的数值写入文本框中；
2)对所设置的参数值进行确认。
在一个具体实施例中，步骤S401的具体内容为：
S4011、从控制模型中任一单节点模块出发，进行深度优先搜索，当遇到多节点图形化模块时停止当前路径搜索，寻找下一条路径继续进行深度优先搜索，直到所有满足条件的路径搜索完毕；
S4012、针对多节点图形化模块进行广度优先搜索；
S4013、针对双节点图形化模块之间或双节点图形化模块与单节点图形化模块之间的路径，执行深度优先搜索；
S4014、重复执行上述三步进行搜索，直至所有图形化模块都被搜索到。
在一个具体实施例中，步骤S401中按节点数量划分的图形化模块具体包括：1)单节点图例：只包含一个输入或输出节点；2)双节点图例：只包含一个输入和输出节点；3)多节点图例：包含两个及以上输入节点和一个输出节点。
根据拓扑分析识别的图例顺序，按顺序对各个图例的输入节点通过接口赋值，然后调用图例子模块的子程序，直到所有图例完成上述步骤，形成控制模型的主程序。
在一个具体实施例中，动态链接库生成的具体内容为：
1)编译控制模型主程序；
2)生成控制模型的动态链接库；
3)调用控制模型的动态链接库，实现对相应仿真模型的控制。
在另一个具体实施例中，建立模块库后，以反应堆功率控制器为例，说明控制系统仿真模型快速建模过程：
1)通过图形化模块库搭建反应堆功率控制器的控制模型，搭建的控制模型如图4所示。
2)对控制模型进行参数化建模，图例“参考温度函数”的“0％FP温度设定值”设置为280℃、，“50％FP温度设定值”设置为290℃，图例“PI控制器”的“比例系数”设置为0.1、“积分系数”设置为0.0001。
3)对控制模型进行拓扑分析，如图5所示，图例的识别顺序为10-9-8-1-2-3-4-5-6-7。
4)生成名为ReactorPowerControl.dll的动态链接库，供其他仿真程序调用。
对所公开的实施例的上述说明，按照递进的方式进行，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101、根据核动力装置建立图形化模块库；
S201、通过图形化模块库搭建核动力装置的控制模型；
S301、对步骤S201中的控制模型进行参数化建模；
S401、识别步骤S201中的控制模型的拓扑关系，生成控制模型的动态链接库，供其他程序调用。
2.根据权利要求1所述的一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法，其特征在于，步骤S101的具体内容为：
S1011、根据核动力装置确定图形化模块库中各个模块的输入、输出接口；
S1012、根据核动力装置建立图形化模块库中各个模块的图标，并生成SVG格式文件；
S1013、根据核动力装置确定图形化模块库中各个模块的功能，定义用户设置的参数；
S1014、生成图形化模块库中各个模块的应用程序接口；
S1015、将图形化模块库中各个模块集成到图形化模块库中。
3.根据权利要求2所述的一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法，其特征在于，步骤S201的具体内容为：
S2011、将所需的图形化模块从图形化模块库拖拽到控制模型建模界面中；
S2012、根据核动力装置设计资料所提供的控制算法和/或控制逻辑，将控制模型界面中各个图形化模块的输入、输出接口通过线有序连接起来。
4.根据权利要求1所述的一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法，其特征在于，步骤S401的具体内容为：
S4011、从控制模型中任一单节点模块出发，进行深度优先搜索，当遇到多节点图形化模块时停止当前路径搜索，寻找下一条路径继续进行深度优先搜索，直到所有满足条件的路径搜索完毕；
S4012、针对多节点图形化模块进行广度优先搜索；
S4013、针对双节点图形化模块之间的路径、双节点图形化模块与单节点图形化模块之间的路径，执行深度优先搜索；
S4014、重复执行上述三步进行搜索，直至所有图形化模块都被搜索到。
5.根据权利要求4所述的一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法，其特征在于，步骤S401中按节点数量划分的图形化模块具体包括：
1)单节点图例：只包含一个输入或输出节点；
2)双节点图例：只包含一个输入和输出节点；
3)多节点图例：包含两个及以上输入节点和一个输出节点。
6.根据权利要求1所述的一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法，其特征在于，
图形化模块库根据核动力装置的执行机构进行建立。
7.根据权利要求6所述的一种面向核动力装置控制系统仿真模型的快速建模方法，其特征在于，
核动力装置的执行机构包括：控制棒、电加热器、泵和阀中的一种或多种。
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