濾波的銠自給能探測器信號延遲消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆功率分布在線監(jiān)測系統(tǒng)所用的堆內(nèi)銠自給能中子探測器信 號的處理技術(shù)，具體是基于Luenberger形式4濾波的銠自給能探測器信號延遲消除方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 用作先進堆芯測量系統(tǒng)堆內(nèi)探測器的銠自給能中子探測器，其敏感材料銠與中子 反應(yīng)產(chǎn)生的次生核素發(fā)生0衰變產(chǎn)生電流，穩(wěn)態(tài)情況下該電流大小與所在位置通量成正 比，因此通過測量銠自給能探測器能夠推知其所在位置中子通量。由于該類探測器電流主 要成分是由次生核素0衰變產(chǎn)生的，在反應(yīng)堆瞬態(tài)情況（中子通量水平變化的情況）下， 該類探測器電流不能實時反映通量水平的變化，而是有一定的延遲，延遲時間參數(shù)與次生 核素的0衰變一致。因此，利用銠自給能中子探測器作中子測量裝置的先進堆芯測量系 統(tǒng)，為了保證中子通量測量的準確性，需要對銠自給能探器的電流信號作延遲消除處理。
[0003] 由于實際的測量過程中總伴隨有噪聲（過程噪聲和測量噪聲），利用直接的數(shù)學 反演方法作延遲消除會將探測器電流信號噪聲放大，最大可放大到20倍，影響測量的精 度。因此，在延遲消除處理過程中，需要有效抑制噪聲的放大。
[0004] 目前應(yīng)用于銠自給能探測器信號延遲的消除主要基于Kalman濾波器實現(xiàn)，其應(yīng) 用時必須假定系統(tǒng)的外部擾動輸入信號是一個具有已知統(tǒng)計特性的白噪聲信號，當輸入信 號是一個具有有限能量的不確定信號，其統(tǒng)計特性難以得到，該方法就難以應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于Luenberger形式H2濾 波的銠自給能探測器信號延遲消除方法，其應(yīng)用時能對銠自給能中子探測器的電流信號進 行延遲消除處理，并能有效抑制噪聲，使得銠自給能中子探測器在反應(yīng)堆瞬態(tài)工況時也能 正常使用，且由于本發(fā)明采用了Luenberger形式的H2濾波器，作延遲消除時無需預(yù)先知道 外部擾動輸入信號的統(tǒng)計特性。
[0006] 本發(fā)明解決上述問題主要通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：基于Luenberger形式H2濾波 的銠自給能探測器信號延遲消除方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0007] 步驟1、建立銠與熱中子的核反應(yīng)模型：
[0008] 在反應(yīng)堆瞬態(tài)工況下，通量的變化引起銠自給能中子探測器電流的變化并不同 步，后者較前者有一定的滯后，描述上述反應(yīng)的具體公式如下： (1) (2)
[0011] I(t) =cn(t) +Ajirij(t) (3)
[0012] 其中，分別表示1Q4Rh和1Q4mRh直接引起的電荷量，n(t)表示探測器處 熱中子通量對應(yīng)的探測器平衡狀態(tài)下的探測器電流，h、12分別表示1(l4Rh和1(l4mRh的衰 變常數(shù)，c表示探測器電流的瞬時響應(yīng)份額，叫、&2分別表示1(l4Rh和1(l4mRh引起的電流份額， I⑴表示銘自給能電流；
[0013] 步驟2、采用去耦變換獲取核反應(yīng)模型對應(yīng)的離散狀態(tài)方程：
[0014] 對式（1)、式⑵及式⑶作拉普拉斯變換，得到如下等式：
【主權(quán)項】
1.基于Luenberger形式H2濾波的銠自給能探測器信號延遲消除方法，其特征在于：包 括以下步驟： 步驟1、建立銠與熱中子的核反應(yīng)模型： 在反應(yīng)堆瞬態(tài)工況下，通量的變化引起銠自給能中子探測器電流的變化并不同步，后 者較前者有一定的滯后，描述上述反應(yīng)的具體公式如下：
I(t) =cn(t) +Ajmj(t) (3) 其中，niiahn^t)分別表示1(l4Rh和1(l4mRh直接引起的電荷量，n(t)表示探測器處熱中 子通量對應(yīng)的探測器平衡狀態(tài)下的探測器電流，\2分別表示1MRh和1(l4niRh的衰變常 數(shù)，c表示探測器電流的瞬時響應(yīng)份額，&1、&2分別表示 1(l4Rh和1(l4mRh引起的電流份額，I⑴ 表示銘自給能電流； 步驟2、采用去耦變換獲取核反應(yīng)模型對應(yīng)的離散狀態(tài)方程： 對式（1)、式（2)及式（3)作拉普拉斯變換，得到如下等式：
平衡態(tài)時，等式變?yōu)?br>于是式（4)變?yōu)?br>對式（6)進行拉普拉斯逆變換，得到如下狀態(tài)方程
I(t) = [c,c,c] ?X(t) (9) 其中
初始值
(7)、（8)、（9)對應(yīng)的離散狀態(tài)方程為
I(k) =[ccc] *X(k) + [l] ?V(k) (12) n(k) = [1 0 0] ?X(k) (13)
初始值為
步驟3、確定銠自給能探測器電流的瞬時響應(yīng)份額： 在反應(yīng)堆啟動物理實驗階段，通過升/降反應(yīng)堆功率形成功率臺階，記錄相應(yīng)的堆外 探測器信號實測值與銠自給能探測器信號實測值。堆外探測器能夠瞬時響應(yīng)中子通量的變 化，相應(yīng)的實測值可認為是真實的中子通量；通過調(diào)整瞬時響應(yīng)份額的理論值給定N個不 同的瞬時響應(yīng)份額預(yù)測值，再將堆外探測器信號實測值代入離散狀態(tài)方程，可以得到N組 銠自給能探測器信號理論值，將理論值與銠自給能探測器信號實測值進行比較，取其中符 合程度最好的某組理論值相應(yīng)的瞬時響應(yīng)份額預(yù)測值為后續(xù)延遲消除所采用的瞬時響應(yīng) 份額； 步驟4、利用Luenberger形式的H2濾波器對銠自給能探測器電流信號作延遲消除： 對于一個離散控制過程系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用一個狀態(tài)方程來描述： x(k+1) =Ax(k)+Bw(k) y(k) =Cx(k)+Dw(k) (15) z(k) =Lx(k) 其中，x(k)為第k次采樣點的n維狀態(tài)向量，w(k)包含了系統(tǒng)過程噪聲以及系統(tǒng)觀測 白噪聲，y(k)為第k次采樣點的測量值，z(k)為1維待求向量，L為l*n維矩陣； 針對離散系統(tǒng)（15)，設(shè)計如下漸近穩(wěn)定的滿階線性Luenberger濾波器
式（16)為最優(yōu)H2濾波器，當且僅當如下的優(yōu)化問題有解：
其中J滿足如下矩陣不等式：
其中Y=YTGRnXn，WGRnXr，J=JTGirXni，H2 濾波器的增益K=Yl; 對于銠自給能探測器，由其離散狀態(tài)方程可知方程（15)中的對應(yīng)矩陣為：
C=[ccc] D= [0 1] L= [1 0 0] 通過求解線性矩陣不等式（17)、（18)、（19)，可得H2濾波器矩陣K，從而可以由如下步 驟獲取消除延遲后任意時刻的探測器電流值： 由初始電流測量值_%0；)可得
初始〇時刻延遲消除后電 流值為
對于任意k+1(k= 0, 1，...）時刻
，而k+1時刻延遲 消除后的電流值為雄+1) = +1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Luenberger形式H2濾波的銠自給能探測器信號延遲消 除方法，其特征在于，在有換擋的情況下，還包括按如下的信號處理方法對原始信號進行處 理：在換檔區(qū)域內(nèi)，假設(shè)中子通量保持不變，然后反推中子通量密度產(chǎn)生的電流信號，再與 探測器實際輸出電流相減，得到換擋突變分量；在換檔區(qū)域外，探測器輸出電流減去換擋突 變分量，得到中子通量密度產(chǎn)生的電流信號，然后再對此電流信號進行延遲消除處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Luenberger形式H2濾波的銠自給能探測器信號延遲消 除方法，其特征在于，所述的換檔區(qū)域設(shè)計結(jié)構(gòu)如下： 在換檔區(qū)域內(nèi)k2)，假設(shè)中子通量密度不變，則有：
可以反推出銠自給能探測器電流信號為： I(k+1) =c(n(k+1) +x: (k+1) +x2 (k+1)) (23) 將反推電流（23)當成探測器實際輸出電流，通過權(quán)利要求1中所述步驟進行延遲消 除； 在換檔區(qū)域時間邊界匕處，換檔引起的電流偏置量可以由下式進行估算：
其中)表示在匕時刻的探測器實際輸出電流；在換檔區(qū)域外，需要對探測器實際輸 出電流進行偏置補償以抵消換檔所帶來的影響，將探測器實際輸出電流加上式（24)表示 的換檔引起的電流偏置量，得到中子通量密度產(chǎn)生的電流信號，然后再對此電流信號進行 延遲消除。
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于Luenberger形式H2濾波的銠自給能探測器信號延遲消除方法，包括依次進行的以下步驟：步驟1、建立銠與熱中子的核反應(yīng)模型；步驟2、采用去耦變換建立核反應(yīng)模型對應(yīng)的離散狀態(tài)方程；步驟3、確定銠自給能探測器電流的瞬時響應(yīng)份額；步驟4、利用Luenberger形式的H2濾波器對銠自給能探測器電流信號作延遲消除。本發(fā)明應(yīng)用時能對銠自給能中子探測器的電流信號進行延遲消除處理，并能有效抑制噪聲，使得銠自給能中子探測器在反應(yīng)堆瞬態(tài)工況時也能正常使用，且由于本發(fā)明采用了Luenberger形式的H2濾波器，作延遲消除時無需預(yù)先知道外部擾動輸入信號的統(tǒng)計特性。
【IPC分類】G21C17-108, G06F19-00, G01T3-00
【公開號】CN104778982
【申請?zhí)枴緾N201510166171
【發(fā)明人】彭星杰, 李慶, 龔禾林, 陳長, 趙文博, 劉啟偉, 李向陽, 于穎銳
【申請人】中國核動力研究設(shè)計院
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月9日