A new approach is proposed here for the level control of steam generators through a weighted one-step- ahead stochastic self-tuning algorithm.
The complicated steam generator model is represented by four parameters; water level, feedwater, steam flow and stochastic disturbances. A set of time series difference equations are obtained by combining these parameters and the measurements of water level, feedwater flow, and steam flow.
These parameters are determined by a recursive least squares algorithm which results from minimizing the sum of the squared error between output ( steam generator water level ) and one-step-ahead optimal prediction of output. This algorithm contains a forgetting factor which can be used to account for an exponential decay of past data in tracking a slow drift in the parameters. The recursive least squares with forgetting factor, 0.950 ＜ λ ＜ 0.995, shows good performance when rapid changes occur in process.
Control input is calculated by using the time series difference equation so that the one-step-ahead optimal prediction of output equals to desired output. However, excessive control effort may be called for to bring output to desired output. Therefore, the present weighted one-step-ahead controller is designed to achieve a compromise between the extent of bringing output to desired output and the amount of control effort.
An additional integral action controller is adopted optionally to compensate for the steady-state offset which comes from non-zero mean disturbances or control input weighting.
To measure water level, feedwater flow, and steam flow accurately, the conventional D/P cells are replaced by capacitance-type transducers. The transducers give excellent linearity, even in the very low ΔP range.
The experimental loop, which is a mock-up of the secondary loop of the nuclear power plant, is used to prove effectiveness of the present adaptive control algorithm.
It can be concluded from experimental results that the present weighted one-step-ahead stochastic control scheme is robust and more effective than perfect controllers or PI controllers.
원자력 발전소의 2차 계통을 모사한 실험 장치와 Apple II 컴퓨터를 연결하여, 증기 발생기의 수위를 적응 제어 방법에 의해 제어하는 실험이 실시되었다.
간단한 Interface 회로가 설계 제작되었으며, 소프트 웨어는 어셈블러 언어로 구현되었다.
순환적 최소 자승 추정기에 사용된 망각 계수는 제어 변수의 빠른 수렴과 과도 현상 때의 정확한 추정을 보장해 주었으며, 첨가된 적분제어기는 정상 상태 오차를 완전히 제거시켜 주었다. 적응 제어기에 사용된 계의 모형에 증기 유동을 고려함으로써, 예측기는 "Swell"과 "Shrink" 같은 과도 현상에서도 정확한 예측을 하여 주었으며, 제어기는 Feedforward 특성을 나타내어 충분한 효과를 볼 수 있었다.
제어 입력의 진동은 입력 비중치에 의해 크게 둔화되었으며, 초기의 불안정한 제어 변수에서 기인되는 과도한 입력도 줄일 수 있었다.
정전 용량 변환기는 작은 범위의 수위에서도 좋은 선형 특성을 보여주었다.
결국, 적응제어기는 증기발생기와 같이, 계의 모형이 매우 복잡하여 해석적으로 제어기의 고정된 이득을 구하기가 곤란한 계통에서도 아주 우수한 성능을 나타내며, 비례적분 제어기와 비교하여도 우수하고 Robust 함을 입증할 수 있다.
