滤波的银自给能探测器信号延迟消除方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及核反应堆功率分布在线监测系统所用的堆内银自给能中子探测器信 号的处理技术，具体是基于Luenberger形式的H2滤波的银自给能探测器信号延迟消除方 法。
【背景技术】
[0002] 用作先进堆芯测量系统堆内探测器的银自给能中子探测器，其敏感材料银与中子 反应产生的次生核素发生0衰变产生电流，稳态情况下该电流大小与所在位置通量成正 比，因此通过测量银自给能探测器能够推知其所在位置中子通量。由于该类探测器电流主 要成分是由次生核素0衰变产生的，在反应堆瞬态情况（中子通量水平变化的情况）下， 该类探测器电流不能实时反映通量水平的变化，而是有一定的延迟，延迟时间参数与次生 核素的0衰变一致。因此，利用银自给能中子探测器作中子测量装置的先进堆芯测量系 统，为了保证中子通量测量的准确性，需要对银自给能探器的电流信号作延迟消除处理。
[0003] 由于实际的测量过程中总伴随有噪声（过程噪声和测量噪声），利用直接的数学 反演方法作延迟消除会将探测器电流信号噪声放大，最大可放大到20倍，影响测量的精 度。因此，在延迟消除处理过程中，需要有效抑制噪声的放大。
[0004] 目前应用于银自给能探测器信号延迟的消除主要基于Kalman滤波器实现，其应 用时必须假定系统的外部扰动输入信号是一个具有已知统计特性的白噪声信号，当输入信 号是一个具有有限能量的不确定信号，其统计特性难以得到，该方法就难以应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于Luenberger形式的H2 滤波的银自给能探测器信号延迟消除方法，其应用时能对银自给能中子探测器的电流信号 进行延迟消除处理，并能有效抑制噪声，使得银自给能中子探测器在反应堆瞬态工况时也 能正常使用，且由于本发明采用了Luenberger形式的H2滤波器，作延迟消除时无需预先知 道外部扰动输入信号的统计特性
[0006] 本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：基于Luenberger形式的112滤 波的银自给能探测器信号延迟消除方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007] 步骤1、建立银与热中子的核反应模型：
[0008] 在反应堆瞬态工况下，通量的变化引起银自给能中子探测器电流的变化并不同 步，后者较前者有一定的滞后，描述上述反应的具体公式如下：
【主权项】
1.基于Luenberger形式的H2滤波的银自给能探测器信号延迟消除方法，其特征在于： 包括以下步骤： 步骤1、建立银与热中子的核反应模型： 在反应堆瞬态工况下，通量的变化引起银自给能中子探测器电流的变化并不同步，后 者较前者有一定的滞后，描述上述反应的具体公式如下：
I(t) = (109K109 〇 109Ag+107K107 〇 107Ag) <i> (t) (3) +110K110A110Ag(t)+108K108A108Ag(t) 其中，1(l8Ag(t)表示1(l8Ag的核密度，n°Ag(t)表示n°Ag的核密度，1(l7Ag表示1(l7Ag的核密 度，1(l9Ag表示1(l9Ag的核密度，Mt)表示探测器处中子通量，1OT〇表示1(l7Ag的中子俘获截 面，1°9〇表示1°1 8的中子俘获截面，1°8人表示1、8的0衰变常数， 11(^表示1^8的0衰 变常数，1OTK表示1OTAg俘获中子后产生电流的概率，1(I9K表示1(l9Ag俘获中子后产生电流的概 率，1(I8K表示1(l8Ag发生0衰变后产生电流的概率，n°K表示n°Ag发生0衰变后产生电流的 概率，I⑴表示SPND电流； 步骤2、采用去耦变换获取核反应模型对应的离散状态方程： 使用Laplace变换将动态模型化为：
I(t) =p(Xj(t)+x2 (t)+x3 (t)) (6) 其中P为瞬时电流份额，q为1^AgU)发生0衰变对应的延迟电流份额，r为1(l8Ag(t) 发生0衰变对应的延迟电流份额； 将式（4)、（5)和（6)进行时间离散化处理，并且添加过程噪声项和测量噪声项，可以得 到离散状态方程如下：
Ik=[ppp]xk+vk (8) <i>k= [1 0 0]xk (9) 其中
|wk为过程噪声，vk为测量噪声，Ts为采样时间；初始值为
步骤3、确定银自给能探测器电流的瞬时响应份额： 在反应堆启动物理实验阶段，通过升/降反应堆功率形成功率台阶，记录相应的堆外 探测器信号实测值与银自给能探测器信号实测值；堆外探测器能够瞬时响应中子通量的变 化，相应的实测值可认为是真实的中子通量；通过调整瞬时响应份额的理论值给定N个不 同的瞬时响应份额预测值，再将堆外探测器信号实测值代入离散状态方程，可以得到N组 银自给能探测器信号理论值，将理论值与银自给能探测器信号实测值进行比较，取其中符 合程度最好的某组理论值相应的瞬时响应份额预测值为后续延迟消除所采用的瞬时响应 份额； 步骤4、利用Luenberger形式的H2滤波器对银自给能探测器电流信号作延迟消除： 对于一个离散控制过程系统，该系统可用一个状态方程来描述： x(k+1) =Ax(k)+Bw(k) y(k) =Cx(k)+Dw(k) (11) z(k) =Lx(k) 其中，x(k)为第k次采样点的n维状态向量，w(k)包含了系统过程噪声以及系统观测 白噪声，y(k)为第k次采样点的测量值，z(k)为1维待求向量，L为l*n维矩阵； 针对离散系统（11)，设计如下渐近稳定的满阶线性Luenberger滤波器
式（12)为最优H2滤波器，当且仅当如下的优化问题有解：
其中J满足如下矩阵不等式：
其中Y=YTGRnXn，WGRnXr，J=JTGirXni，H2 滤波器的增益K=Yl; 对于银自给能探测器，由其离散状态方程可知方程（11)中的对应矩阵为：
c = [p p p] D= [0 1] L= [1 0 0] 通过求解线性矩阵不等式（13)、（14)、（15)，可得H2滤波器矩阵K，从而可以由如下步 骤获取消除延迟后任意时刻的探测器电流值： 由初始电流测量值j>(〇)可得
，初始〇时刻延迟消除后电流值为
对于任意k+1(k= 0, 1，...）时刻
1而k+1时刻延迟消除后 的电流值为办+1) = D。
2. 根据权利要求1所述的基于Luenberger形式的H2滤波的银自给能探测器信号延迟 消除方法，其特征在于，在有换挡的情况下，还包括按如下的信号处理方法对原始信号进行 处理：在换档区域内，假设中子通量保持不变，然后反推中子通量密度产生的电流信号，再 与探测器实际输出电流相减，得到换挡突变分量；在换档区域外，探测器输出电流减去换挡 突变分量，得到中子通量密度产生的电流信号，然后再对此电流信号进行延迟消除处理。
3. 根据权利要求1所述的基于Luenberger形式的H2滤波的银自给能探测器信号延迟 消除方法，其特征在于，所述的换档区域设计结构如下： 在换档区域内k2)，假设中子通量密度不变，则有： n(k+1) =n(k) (16)
可以反推出银自给能探测器电流信号为： I(k+1) =p(n(k+1) +x: (k+1) +x2 (k+1)) (19) 将反推电流（19)当成探测器实际输出电流，通过权利要求1中所述步骤进行延迟消 除； 在换档区域时间边界匕处，换档引起的电流偏置量可以由下式进行估算：
其中v(々2)表示在匕时刻的探测器实际输出电流； 在换档区域外，需要对探测器实际输出电流进行偏置补偿以抵消换档所带来的影响， 将探测器实际输出电流加上式（20)表示的换档引起的电流偏置量，得到中子通量密度产 生的电流信号，然后再对此电流信号进行延迟消除。
【专利摘要】本发明公开了基于Luenberger形式的H2滤波消除银自给能探测器信号延迟的方法，包括依次进行的以下步骤：步骤1、建立银与热中子的核反应模型；步骤2、采用去耦变换建立核反应模型对应的离散状态方程；步骤3、确定银自给能探测器电流的瞬时响应份额；步骤4、利用Luenberger形式的H2滤波器对银自给能探测器电流信号作延迟消除。本发明应用时能对银自给能中子探测器的电流信号进行延迟消除处理，并能有效抑制噪声，使得银自给能中子探测器在反应堆瞬态工况时也能正常使用，且由于本发明采用了Luenberger形式的H2滤波器，作延迟消除时无需预先知道外部扰动输入信号的统计特性。
【IPC分类】G21C17-108, G01T3-00, G06F19-00
【公开号】CN104778980
【申请号】CN201510166138
【发明人】彭星杰, 李庆, 龚禾林, 陈长, 赵文博, 刘启伟, 李向阳, 于颖锐
【申请人】中国核动力研究设计院
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月9日