Введение к работе
Анализ тенденций развития мировой.энергетики указывает на неизбежность сохранения и развития широкомасштабной ядерной энергетики и в XXI веке. В современных условиях она, однако, может развиваться только при поддержке общественного мнения, на формирование которого из всех проблем ядерной энергетики определяющее влияние оказывает безопасность. Из важнейших факторов безопасности ядерно-энергетических установок (ЯЗУ) основополагающими являются их внутренние физические свойства, обеспечивающие самозащиту при нарушениях условий эксплуатации и при аварийных ситуациях. Учитывая, однако, длительность цикла строительства АЭС, ввода в эксплуатацию реакторов нового типа с повышенной внутренней безопасностью можно «кидать не ранее середины следующего десятилетия. Сроки же эксплуатации многих действующих ядерных энергоблоков в ведущих промышленных странах мира, включая Россию, приближаются к предельным, что остро ставит вопрос о продлении их эксплуатации га пределами установленных сроков службы при повышении существующего на них уровня безопасности.
Особенно актуальна эта проблема для канальных реакторов типа РБМК, что обусловлено их конструктивными особенностями. Вопреки негативному отношению к этим реакторам, которое сложилось после Чернобыльской катастрофы, канальные реакторы остаются в числе наиболее перспективных, что подтверждается их успешной эксплуатацией в Канаде, Великобритании и в странах СНГ, где за последние два года они имеют наилучшие технико-экономические показатели.
Модернизация действующих ядерных реакторов, особенно построенных по старым нормам и правилам, в условиях обновления аппаратуры и средств вычислительной техники требует новых алгоритмических рекети, принимаемых на основе накопленного опыта эксплуатации с целью более полного использования резервов, заложенных конструкциях реакторов.
Таким образом, актуальность темы диссертации определяется необходимостью постоянного повышения уровня безопасности ядерно-энергетических установок, особненно для построенных по ста-
.-4-
рым нормам и правилам АЭС, за счет создания дополнительных средств автоматизированного контроля важнейших этапов технологического процесса на.основе новейших достижений теории обработки сигналов.
Целью работы является развитие методов цифровой обра* ботки сигналов,создание на их основе эффективных алгоритмов автоматизированного контроля и управления ЯЭУ за счет достоверного выделения из располагаемых измерительных и расчетных данных
.все более разнообразных информационных признаков, реализация
разработанных алгоритмов в виде программных средств для их эффективного применения на действующих ядерных установках.
Методы исследования. Основу проведенных исследований составляют методы теории дискретных ортогональных преобразований, теория матриц, методы численного анализа, математическая статистика, теория автоматического управления/экспериментальные методы ядерной физики и имитационное моделирование.
Научная новизна работы состоит в развитии методов цифровой обработки одномерных и двумерных сигналов и заключается в следующем:
предложены и исследованы новые дискреаные ортогональные преобразования в гексагональной и цилиндрической геометриях;
на основе предложенного в работе сдвинутого дискретного преобразования Хартли разработан новый эффективный метод цифровой интерполяции;
впервые в общем виде решена задача вычисления тригонометрических дискретных ортогональных преобразований для сигналов с неравномерной дискретизацией;
разработаны новые методы цифрового восстановления утраченных или недостоверных отсчетов числовых последовательностей;
получены рекуррентные алгоритмы вычисления дискретных преобразований Фурье и Хартли;
разработаны адаптивные алгоритмы сжатия данных по времени и по пространству активной зоны ядерного реактора, имеющие универсальный характер;
предложен простой в реализации способ пересчета двумерных цифровых сигналов из гексагональной геометрии в прямоугольную и в обратном направлении;
предложены новые средства анализа цифровых систем управ-
ления: универсальный алгоритм вычисления Z-преобразования и частотные характеристики типа Хартли;
- разработан алгоритм синтеза адаптивной цифровой системы управления на основе впервые исследованной дискретной функции Ляпунова;
- предложен цифровой метод восстановления физических полей
по дискретным измерениям.
Научная значимость полученных результатов обусловлена универсальностью методов цифровой обработки сигналов. Разработанные методы и алгоритмы могут служить^ основой создания более эффективных по быстродействию и точности способов решения прикладных задач в различных областях науки и техники, где требуется оперативная обработка измерительной информации с выделением из нее разнообразных отличительных признаков.
Практическая ценность результатов диссертации состоит в совершенствовании на основе разработанных алгоритмов цифровой обработки сигналов ряда важнейших функций для контроля и управления ядерно-энергетическими установками:
выявлены резервы повышения точности штатного алгоритма восстановления поля знерговыделения в активной зоне реактора РБМК-1000, которые реализованы в предложенном оригинальном цифровом алгоритме аналогичного назначения, на его основе создан программный комплекс ФИЛЬТР, рекомендуемый в качестве дополнительного средства контроля активной зоны реактора;
разработаны новые методы контроля радиальных и высотных датчиков энерговыделения канального'реактора, использующие существующую информационную базу и обладающие 'в полтора-два раза лучшими точностными характеристиками;
разработано программное обеспечение систеЛы автоматизации физических экспериментов на критических стендах, применение которого сокращает сроки проведения экспериментов при одновременном повышении уровня их безопасности и точности обработки экспериментальных данных;'
предложены алгоритмы и регламенты ведения и эксплуатации нескольких архивов важнейших технологических параметров ядерного энергоблока, с помощью которых решается ряд эксплуатационных задач;
разработан новый способ обнаружения негерметичных техно-
логических каналов в активной зоне ядерного реактора (авт. свидетельство N 1301202);
- создан и несколько лет используется на ЧАЭС и ЛАЭС программный комплекс КРАБ, обеспечивающий эффективный контроль работы оператора ядерного энергоблока.
Реализация результатов. Результаты работы использованы при выполнении госбюджетных и хоздоговорных НИР под руководством автора, проведенных в рамках программ ГКНТ СССР СЦ.046, 0.80.02, Научные положения диссертации, предложенные алгоритмы цифровой обработки сигналов и разработанные на их основе комплексы поо-грамм внедрены на Чернобыльской и Ленинградской АЭС, на критических стендах РЩ "Курчатовский институт", отдельные программы применялись на ВЦ Игналинской и Смоленской АЭС. Разработки, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, использованы в ряде отраслевых НИИ (ВНЙЙАЭС, СНКЙП, ВНИИ2М) при выборе альтернативных решений по повышению экономической эффективности и безопасности ядерно-энергетических установок.
Основные результаты диссертации используются в учебном процессе МИФИ при чтении курсов "Цифровая обработка сигналов" и "Математическое обеспечение ядерно-энергетических систем" для студентов специальности 01.02 на факультете Кибернетики, применяются при выполнении учебно-исследовательских, курсовых и дипломных проектов. На основе материалов диссертации ее автором создано 2 лабораторных практикума и написано 3 учебных пособия. Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции "Создание комплексных систем управления на предприятиях машиностроения с использованием ЭВМ" .(Омск, 1979), Всесоюзной межвузовской научно-технической конференции "Математическое, алгоритмическое и техническое обеспечение АСУТП" (Ташкент, 1960), Всесоюзном научно-техническом совещании "Создание и внедрение автоматизированных и автоматических систем управления дискретно-непрерывными технологическими процессами" (Ивано-Франковск, 1980), семинаре ЛДНТН "Новое в проектировании и эксплуатации гидропривода и систем гидроавтоматики" (Ленинград, 1981), Всесоюзном научно-техническом совещании "Опыт разработки и внедрения автоматизированных систем управления технологическими процессами на АЭС" (пое. Нововоронежскни, 1982)г Всесоюзном семинаре по иоду-
«?
льным информацисняс-вычислительным системам (Кишинев, 1985), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Программное обеспечение микропроцессорных систем" (Калинин, 1985), III Всесоюзной научно-технической конференции "Программное, алгоритмическое и техническое обеспечение АСУТП" (Ташкент, 1985), Всесоюзном семинаре по динамике ядерно-энергетических установок (Киев, 1985), Всесоюзном научно-техническом совещании "Неразруиагащий контроль энергооборудования и трубопроводов АЗС" (пос. Полярные Зори, 198Б), Всесоюзном научно-техническом совещании "Совершенствование методов контроля и управления реакторами РБМК-1000" (пос. Десногорек, 1986), Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и микроэлектронике устройства цифрового преобразования и обработки информации" (Зеленоград, 1986), Всесоюзном научно-техническом совещании "Проблемы надежности и безопасности эксплуатации АЭС" (пос. Нововоронежский, 1987), Всесоюзной конференции "Современные проблемы информатики, вычислительной техники и автоматизации" (Москва, 1388), Всесоюзном научно-техническом совещании "Проектирование АСУТП АЭС и перспективы ее развития" (Киев, 1988), Всесоюзной Школе передового опыта "Практические методы контроля и безопасности для специалистов АЭС" (пос. Десногорек, 1988), Зональной научно-технической конференции "Обработка информации в автоматизированных системах научных исследований" (Пенза, 1989), Всесоюзной конференции "Методы и микроэлектронные средства цифровой обработки и преобразования сигналов" (Рига, 1989), Международной конференции по обработке сигналов (Рига, 1990), Всесоюзном научно-техническом совещании "Проблемы надежности и безопасности эксплуатации АЭС" (Кузне-цовск, 1990), Республиканском семинаре Методы и средства измерения реактивности на АЭС" (Киев, 1992), Международном семинаре "Цифровая обработка изображений в медицине, дистанционном зондировании и визуализации информации" (Рига, 1992), XII научно-техническом семинаре "Статистический синтез и анализ информационных систем" (Черкассы, 1992).
Пубзикаикк. По теме диссертации опубликовано 107 научных работ, из них 63 печатные, з числе которых статьи в научно-тех-технических журналах и сборниках, препринты, доклады и тезисы докладов на мелздународных, республиканских и отраслевых конференциях, авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка литературы из 260 наименований. Общий объем работы^/3> страниц, в том числе основной маши- : нописный текст 250 страниц, 59 рисунков и 11 таблиц. На защиту выносятся:
