İTÜ TRİGA Mark-II reaktörünün özayarlı adaptif kontrolü
Self-tuning control of ITU triga mark-II reactor
Yazar: KADİR ERKAN
Danışman: PROF. DR. BURHANETTİN CAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Matematik ve Bilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1994
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Bilgisayar programları = Computer programs ; Denetim sistemleri = Control systems ; Kişisel bilgisayarlar = Personal computers ; Reaktörler = Reactors

Özet:
Bu çalışmada, İTÜ TRIGA Mark-II reaktörünün kapalı çevrim sayısal kontrolü amaçlanmaktadır. Reaktörün kapalı çevrim sayısal kontrolü için özayarlı adapt if kontrolör önerilmiştir. Bu amaçla, gerekli donanım ve yazılım hazırlanmıştır. Reaktörün mevcut donanımına ek olarak; kişisel bilgisayar, veri aktarma aygıtı ve işaret uygunlaştırıcı kullanılmıştır. önerilen sayısal kontrolörün gerçekleştirilmesi için yazılım, CANER programı, hazırlanmıştır. CANER programı; reaktörün simülasyonunu yapan YAVCAN, veri aktarmayı sağlayan RTI820, kontrol sinyalini hesaplayan STC11 ve görüntüleme işlemini yapan GRİ 02 gibi, dört temel altprogramdan oluşmaktadır. YAVCAN kodu; kontrol sisteminin bilgisayar simülasyonunu yapmak için reaktörün dinamik davranışını temsil eden nötronik ve termo-hidrolik denklemlerin sayısal çözümünü yapmaktadır. RTI820 al t programı; gerçek zaman çalışmasında, lineer ve logaritmik güç, çubuk pozisyonu ve peryot değerlerinin okunarak kalibre edilmesini ve kontrol sinyalinin reaktöre uygulanmasını sağlamaktadır. STC11 altprogramı; önerilen özayarlı adapt if kontrolörün bilgisayar ortamında gerçekleştirilmesini sağlamaktadır. Bu altprogramda reaktöre uygulanacak optimum kontrol sinyali hesaplanmaktadır. GR102 altprogramı; reaktör ve kontrolör ile ilgili değerlerin grafik ekranda görüntülenmesini sağlamaktadır. Çalışmamızda; özayarlı kontrolör, genelleştirilmiş minimum varyans yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kontrol sistemi, parametreleri bilinmeyen ikinci dereceden lineer model kullanılarak tasarlanmıştır. Gerçekte lineer olmayan reaktörün, lineer modelle yeterince iyi temsil edebilmesi için kontrol parametreleri gerçek zamanda yenilenmektedir. Yenileme işleminde, en küçük kareler yöntemiyle, rekürsif parametre kestirimi yapılmaktadır. -IV-Yaklaşık lineer modelin, lineer olmayan ortamda kullanılabilmesi için parametre kestiriminde son verilere daha fazla ağırlık verilmesi gerekmektedir. Çalışmamızda, değişken unutma faktörü yaklaşımı bu amaçla kullanılmıştır. Genelleştirilmiş minimum varyans yöntemi, kontrol edilen sistemin zaman gecikmesinin seçimine karşı hassastır. Zaman gecikmesi bilinmeyen veya değişen sistemlerde bu sorun uygun yörünge seçimiyle çözülebilir. Lineer olmayan reaktörü yeterince iyi temsil edecek yörüngenin seçimi güçtür. Zaman gecikmesi nedeniyle yörünge ile fiziksel sistem çıkışı arasındaki hata artabilir. Kontrol sistemi, bir adım sonra hatayı giderecek şekilde kontrol sinyali üretirse aşıma neden olur. Çalışmamızda, hatanın belirli bir değerin üzerine çıkması yörünge kaydırılarak engellenmiştir. Böylece, kontrolöre daha fazla zaman tanıyarak zaman gecikmelerinin kontrol sistemi üzerindeki istenmeyen etkisi giderilmiştir. Çalışmamızda yörünge kübik fonksiyon olarak seçilmiştir. Kontrolör, reaktör gücünün verilen yörüngeyi izlemesini sağlamaktadır. Bu amaçla, kontrol çubuğu hızı kontrol değişkeni olarak seçilmiştir. önerilen kontrolörün, değişik çalışma koşulları altındaki davranışı YAVCAN kodu kullanılarak simüle edilmiştir. Simülasyon çalışmalarında; başlangıç kararlı hal değeri, güce çıkış peryodu, çıkılan güç düzeyi, örnekleme zamanı ve u ağırlık katsayısının kontrolör davranışı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapılan simülasyonlarda; önerilen kontrolörün, reaktör gücünü başlangıç kararlı hal değerinden istenilen güç düzeyine verilen yörüngeyi izleyerek çıkarabildiği ve kararlı hal hatasının olmadığı görülmüştür. önerilen kontrolörün gerçek çalışma koşulları altındaki davranışını izlemek amacıyla, gerekli donanım hazırlanarak, reaktörde çeşitli deneyler yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda, tasarlanan kontrolörün reaktördeki istenilen güç değişikliğine anında cevap vererek sistemi İstenilen güç düzeyine getirdiği görülmüştür. Simülasyon çalışmalarında; istenilen güç seviyesinde, reaktör kararlı hale eriştiği zaman, kontrol çubuğu sabit pozisyonda kalmaktadır. Deneyde ise, kontrol çubuğu belirli bir nokta etrafında salınmaktadır. Reaktörde mevcut motor kontrol devresinden ileri gelen bu salınımlar yok edilerek kontrolörün daha rahat çalışması sağlanabilir. Bu amaçla, motor kontrol devresi için ayrı bir hız kontrol sisteminin tasarlanması gerekmektedir. YAVCAN kodu kullanılarak yapılan simülasyonlar ve araştırma reaktöründe yapılan deneyler özayarlı adaptif kontrolörün, lTü TRIGA Mark-II reaktörünün kapalı çevrim sayısal kontrolünde kullanılabileceğini göstermektedir.

Abstract:
In this study, a closed-loop digital control system for ITU TRIGA Mark-II Reactor is designed and tested using a personel computer. A Self-tuning control algorithm with the generalized minimum variance strategy is employed. The self-tuning controller is designed using linearity of the reactor, which is in fact nonlinear. The control system is based on a second order linear model with unknown but time- varying parameters. To ensure that this low order model describes the complex real system dynamics well enough for control purposes, control parameters are updated on-line with a recursive estimation sequence based on an extended least-squares method. In order to use an approximate linear model in a time- varying nonlinear environment, it is necessary to give more weight to recent data. For this purpose, the variable forgetting factor approach is used. The generalized minimum variance strategy is sensitive to choice of system delay time. A simple approach to overcome this problem is to choose a trajectory. In this study, we allow the controller more time to deal with time delays by shifting the trajectory. The trajectory is a cubic function. The control rod speed is selected as a control variable. The controller controls the reactor power to follow the given trajectory. Simulations and practical tests on the research reactor have shown that the self-tuning controller can be used in ITU TRIGA Mark-II reactor.