Розробка інформаційної технології оптимізації швидкодії системи управління парогенератора з ідентифікацією нелінійних моделей

Автор(и)

  • Олена Миколаївна Нікуліна Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-2938-4215
  • Валерій Петрович Северин Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-2969-6780
  • Ніна Вікторівна Коцюба Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-0017-7426
  • Андрій Анатолійович Пашнєв Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-9150-6108
  • Андрій Юрійович Усик Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна http://orcid.org/0009-0008-8945-8902

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.338164

Ключові слова:

інформаційна технологія оптимізації, управління парогенератором, нелінійна модель, ідентифікація параметрів

Анотація

Об’єктом дослідження є процес управління рівнем води в парогенераторі атомної електричної станції. Розглянута проблема оптимізації швидкодії, системи автоматичного управління парогенератора. Запропонована інформаційна технологія оптимізації для системи управління рівнем води в парогенераторі, що ґрунтується на нелінійних математичних моделях і рівневих цільових функціях. Розглянута нелінійна математична модель системи управління, яка призначена для оптимізації показників якості системи. З використанням розроблених алгоритмів проведено обчислювальні експерименти з ідентифікації та оптимізації параметрів системи управління шляхом оптимізації рівневих цільових функцій. Ідентифіковані значення 41 параметра моделі системи управління рівнем води в парогенераторі ПГВ-1000. Досягнуто значення середньоквадратичного відхилення процесів в моделі від експериментальних процесів 0,43%, що на 54% менше, ніж при використанні лінійної моделі. В результаті оптимізації системи управління рівнем води при скиданні навантаження на 20% отримано мінімальний час регулювання 146 с. Зміна рівня води в парогенераторі не перевищила 24% від максимально допустимого значення. Особливість розробленої інформаційної технології оптимізації системи управління полягає в тому, що рівнева цільова функція включає всю інформацію про задачу оптимізації нелінійної системи автоматичного управління. Це спрощує алгоритми та програмне забезпечення для вирішення задач оптимізації складних систем управління. Розглянута технологія оптимізації нелінійних систем управління дозволить підвищити ступінь наукової обґрунтованості технічних проектів щодо вдосконалення різних застосовуваних та перспективних систем управління.

Біографії авторів

Олена Миколаївна Нікуліна, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра інформаційних систем та технологій

Валерій Петрович Северин, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра системного аналізу та інформаційно-аналітичних технологій

Ніна Вікторівна Коцюба, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Старший викладач

Кафедра інформаційних систем та технологій

Андрій Анатолійович Пашнєв, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра інформаційних систем та технологій

Андрій Юрійович Усик, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Аспірант

Кафедра системного аналізу та інформаційно-аналітичних технологій

Посилання

  1. Wan, J., Xie, J., Wang, P., Su, G. H., Wu, S. (2022). Control system design for the once-through steam generator of lead–bismuth cooled reactor based on classical control theory. Annals of Nuclear Energy, 175, 109214. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2022.109214
  2. Li, C., Yu, R., Yu, W., Wang, T. (2022). Pressure control of Once-through steam generator using Proximal policy optimization algorithm. Annals of Nuclear Energy, 175, 109232. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2022.109232
  3. Qiu, L., Sun, A., Wang, H., Zhang, R., Jiang, G., Sun, P. et al. (2022). Study on water level control system of natural circulation steam generator. Progress in Nuclear Energy, 153, 104436. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2022.104436
  4. Kumar, V., Chandra Mishra, K., Singh, P., Narayan Hati, A., Rao Mamdikar, M., Kumar Singh, L. et al. (2022). Reliability analysis and safety model checking of Safety-Critical and control Systems: A case study of NPP control system. Annals of Nuclear Energy, 166, 108812. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2021.108812
  5. Xu, Z., Fan, Q., Zhao, J. (2020). Gain-Scheduled Equivalent-Cascade IMC Tuning Method for Water Level Control System of Nuclear Steam Generator. Processes, 8 (9), 1160. https://doi.org/10.3390/pr8091160
  6. Umurzakova, D. (2021). System of automatic control of the level of steam power generators on the basis of the regulation circuit with smoothing of the signal. IIUM Engineering Journal, 22 (1), 287–297. https://doi.org/10.31436/iiumej.v22i1.1415
  7. Demerdash, N. A., El-Hameed, M. A., Eisawy, E. A., El-Arini, M. M. (2020). Optimal feed-water level control for steam generator in nuclear power plant based on meta-heuristic optimization. Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 13 (1), 468–484. https://doi.org/10.1080/16878507.2020.1748350
  8. Kong, X., Shi, C., Liu, H., Geng, P., Liu, J., Fan, Y. (2022). Performance Optimization of a Steam Generator Level Control System via a Revised Simplex Search-Based Data-Driven Optimization Methodology. Processes, 10 (2), 264. https://doi.org/10.3390/pr10020264
  9. Li, X., Kong, X., Shi, C., Shi, J., Yang, Z. (2023). Performance Optimization Method of Steam Generator Liquid Level Control Based on Hybrid Iterative Model Reconstruction. Engineering Proceedings, 37 (1), 111. https://doi.org/10.3390/ecp2023-14628
  10. Li, X., Yang, Z., Yang, Y., Kong, X., Shi, C., Shi, J. (2023). GK-SPSA-Based Model-Free Method for Performance Optimization of Steam Generator Level Control Systems. Energies, 16 (24), 8050. https://doi.org/10.3390/en16248050
  11. Yang, Z., Kong, X., Geng, P., Li, X., Shi, C. (2024). HK-SPSA based performance optimization method for steam generator liquid level control. Annals of Nuclear Energy, 198, 110326. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2023.110326
  12. Ma, Q., Fan, Z., Zhang, X., Sun, P., Wei, X. (2024). Water level control of U-tube steam generator based on model-based active disturbance rejection control method. Annals of Nuclear Energy, 206, 110618. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2024.110618
  13. Peng, B., Ma, X., Xia, H. (2024). Water level control of nuclear steam generators using intelligent hierarchical autonomous controller. Frontiers in Energy Research, 12. https://doi.org/10.3389/fenrg.2024.1341103
  14. Liu, F., Jiang, Y., Li, Y., Peng, H., Wang, J., Peng, T. (2024). Parameter Optimization of Steam Generator Water Level Control System Based on Piecewise ARX Modeling. IEEE Transactions on Nuclear Science, 71 (2), 135–153. https://doi.org/10.1109/tns.2024.3358561
  15. Nikulina, O. M., Severyn, V. P., Kotsiuba, N. V. (2020). Development of information technology for optimizing the control of complex dynamic systems. Bulletin of National Technical University “KhPI”. Series: System Analysis, Control and Information Technologies, 2 (4), 63–69. https://doi.org/10.20998/2079-0023.2020.02.11
  16. Nikulina, O. M., Severyn, V. P. (2024). Chyselni metody modeliuvannia ta optymizatsii upravlinnia dynamichnymy systemamy. Kharkiv: NTU «KhPI», 144. Available at: https://repository.kpi.kharkov.ua/items/4ed4d845-ee7d-41ad-91bf-78c10de5c384
  17. Nikulina, O., Severin, V., Kotsiuba, N. (2022). Parametric synthesis of control systems for the steam generator of a nuclear power plant. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (2 (115)), 77–84. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.253126
  18. Severyn, V. Nikulina, E. (2021). Application of information technology for modeling the control dynamics of a nuclear reactor zoning on the vertical axis. International Scientific Technical Journal "Problems of Control and Informatics", 66 (5), 45–56. https://doi.org/10.34229/1028-0979-2021-5-4
  19. Nikulina, O., Severyn, V., Kotsiuba, N., Bubnov, A. (2021). Simulation of thermal processes of a NPP steam generetor for information technology optimized control. Bulletin of National Technical University “KhPI”. Series: System Analysis, Control and Information Technologies, 1 (5), 56–61. https://doi.org/10.20998/2079-0023.2021.01.09
  20. Nikulina, O., Severyn, V., Bubnov, A., Kondratov, O. (2022). Development of nonlinear model of NPP steam generator for information technology of control optimization. Bulletin of National Technical University “KhPI”. Series: System Analysis, Control and Information Technologies, 1 (7), 21–27. https://doi.org/10.20998/2079-0023.2022.01.04
Розробка інформаційної технології оптимізації швидкодії системи управління парогенератора з ідентифікацією нелінійних моделей

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-08-29

Як цитувати

Нікуліна, О. М. ., Северин, В. П., Коцюба, Н. В., Пашнєв, А. А., & Усик, А. Ю. (2025). Розробка інформаційної технології оптимізації швидкодії системи управління парогенератора з ідентифікацією нелінійних моделей. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(2 (136), 102–109. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.338164

Номер

Том 4 № 2 (136) (2025): Інформаційні технології. Системи управління в промисловості

Розділ

Системи управління в промисловості

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Olena Nikulina, Valerii Severyn, Nina Kotsiuba, Andrii Pashniev, Andrii Usyk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.