[논문]원전 증기발생기 수위제어계통의 고장검출 시스템 설계

류석환; 최병재

doi:10.5391/jkiis.2006.16.2.191

원전 증기발생기 수위제어계통의 고장검출 시스템 설계
A Fault Detection System Design for Nuclear Steam Generator Level Control System 원문보기

퍼지 및 지능시스템학회 논문지 = Journal of fuzzy logic and intelligent systems, v.16 no.2, 2006년, pp.191 - 197

초록
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본 논문에서는 원저 증기발생기 수위제어계통을 위한 고장검출 시스템을 설계한다. 이를 위하여 증기발생기 수위제어계통의 비선형 동적방정식을 미지의 매개변수를 갖는 T-S 퍼지시스템으로 모델링하고 좌 소인수 분해를 이용하여 오차발생기를 설계한다. 고장검출의 성능을 향상시키기 위하여 고장검출 필터의 설계법을 제안한다. 제시한 방법의 효용성을 컴퓨터 모의실험을 통하여 입증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper deals with a fault detection system design for nuclear steam generator water level control system. We expressed the nonlinear properties of the steam generator level system as a T-S fuzzy system with time varying uncertain parameters. We design a residual generator using a left coprime factorization of the T-S fuzzy model and a fault detection filter in order to improve the fault detection performance. We demonstrate the efficiency of the suggested design method via many computer simulations.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 원전 증기발생기 수위제어 계통에서 사용 가능한 고장검출 시스템을 설계하였다. 증기발생기 수위제어계통은 발생 전력량에 따라 동작점이 변화하는 비선형 시스템으로 T-S 퍼지 접근법을 이용하여 수위제어계통을 모델링하였다.
본 연구에서는 원전 증기발생기 수위제어계통을 위한 고장검출 시스템을 설계하고자한다. 고장검출 시스템의 설계에서 간략화를 위해 다음과 같이 제한된 경우만 고려한다.
본 연구에서는 퍼지필터 Q(u)를 다음과 같은 형태의 상태 공간 구현을 갖도록 설계하고자한다

가설 설정

공칭 매개변수 a n 知, …, “5의 실제량 “1, 知, …, 石는 공칭값과 ±10% 이내의 오차범위에 있다고 가정한다. 즉, 云 = (1 + 0.
참고2 : 본 연구에서 제안한 고장검출 기법은 제어시스템에서 사용하는 제어기에 대한 정보를 필요로 하지를 않는다.

제안 방법

본 논문은 다음과 같이 구성되어 있다. 2절에서는 수위제어계통을 T-S 퍼지시스템으로 모델링하고, 3절에서 좌 소인수 분해(left coprime factorization)를 이용하여 오차 발생기를 설계하고 고장검출을 용이하게 하도록 하는 고장검출 필터의 설계법을 제안한다. 4절에서는 컴퓨터 모의실험을 통해 3절에서 설계한 고장검출 시스템의 성능을 분석하고 마지막으로 5절에서 결론을 맺는다.
3절에서 기술한 고장검출 시스템 설계를 컴퓨터 모의실험 하기 위하여 叽(S)= s¥(如이라 선정하고 y 1 = 0.5, Y2 = 2라 두고 고장검출 필터를 설계하였으며 고장 발생을 검출하기 위해서 (28)에서 T=200이라 두었다. 고장검출 성능을 조사하기 위하여 matlab simulink를 사용하여 컴퓨터 모의실험을 수행하였다.
본연구에서도 비선형 시스템인 원전 수위제어계통을. T-S 퍼지시스템으로 모델링하고 견실제어이론을 사용하여 고장검출 시스템을 설계하고자한다.
5, Y2 = 2라 두고 고장검출 필터를 설계하였으며 고장 발생을 검출하기 위해서 (28)에서 T=200이라 두었다. 고장검출 성능을 조사하기 위하여 matlab simulink를 사용하여 컴퓨터 모의실험을 수행하였다. 모의실험을 위해 다음의 2가지 시나리오를 가정한다.
고장발생의 유무를 판정하기 위하여 좌 소인수 분해를 하여 오차발생기를 설계하였다. 고장검출 성능을 향상시키기 위하여 오차가 고장에는 민감한 반면 모델 불확실성에는 둔감하게 하는 고장검출 필터의 설계법을 제시하였다. 컴퓨터 모의실험 결과 이 논문에서 제시한 고장검출 시스템은 모델 불확실성과 외란에도 불구하고 조속한 시간 내에 고장 발생을 검출할 수 있었다.
증기발생기 수위제어계통은 발생 전력량에 따라 동작점이 변화하는 비선형 시스템으로 T-S 퍼지 접근법을 이용하여 수위제어계통을 모델링하였다. 고장발생의 유무를 판정하기 위하여 좌 소인수 분해를 하여 오차발생기를 설계하였다. 고장검출 성능을 향상시키기 위하여 오차가 고장에는 민감한 반면 모델 불확실성에는 둔감하게 하는 고장검출 필터의 설계법을 제시하였다.
지금까지 정리1에서 퍼지필터 설계 요구조건인 II Ty, ll oo<Y 1, II Tg, 11 oo<Y 2를 중족하는 중분조건을제시하였다. 선형행렬 부등식 (17)과 (18)로부터 퍼지 필터를 합성하는 방법을 정리2에 기술한다.
참고 1 : 불확실성을 갖는 불안정한 시스템에 대해서 참고문헌 [1 이의 기법을 사용하여 고장검출 필터를 설계하기에는 제약이 있다 본 연구에서의 접근방법은 불확실하고 불안정한 원전 수위제어시스템 G(u)를 좌 소인수분해하여 G(p) = FJ(u) 一1双11)를 얻고 안정한 시스템 T0(p), TV(u) 를 기반으로 하여 multi-objective를 갖는 고장검출 필터를 설계하였다.

이론/모형

본 논문의 표기법은 통상의 표기법을 따른다. 굵은 글씨체는 시스템을 의미하며 M(u)는.
고장검출 시스템을 설계하였다. 증기발생기 수위제어계통은 발생 전력량에 따라 동작점이 변화하는 비선형 시스템으로 T-S 퍼지 접근법을 이용하여 수위제어계통을 모델링하였다. 고장발생의 유무를 판정하기 위하여 좌 소인수 분해를 하여 오차발생기를 설계하였다.

성능/효과

고장검출 시스템의 설계에서 간략화를 위해 다음과 같이 제한된 경우만 고려한다. 1) 통상 고장검출 시스템에서 검출하고자하는 고장신호는 액츄에이터 고장과 출력 측정기 고장이지만, 원전 증기발생기 수위제어계통에서는 입력량인 급수량(feedwater flowrate) 이측정되기 때문에 제어기에서 계산된 급수량 명령치와 급수량 측정치를 비교하면 액츄에이터 고장이 쉽게 검출되므로 검출할 고장신호의 대상을 수위측정기의 고장신호로 국한한다. 2) 고장검출 시스템은 제어시스템이 정상적인 운전 중에 발생 가능한 고장을 검출하는 것이 목적이므로 원전이 초기 기동상태를 지나 정상적인 운전(정격 발전량의 50%이상 발전) 중에서 발생하는 고장을 검출한다.
1) 통상 고장검출 시스템에서 검출하고자하는 고장신호는 액츄에이터 고장과 출력 측정기 고장이지만, 원전 증기발생기 수위제어계통에서는 입력량인 급수량(feedwater flowrate) 이측정되기 때문에 제어기에서 계산된 급수량 명령치와 급수량 측정치를 비교하면 액츄에이터 고장이 쉽게 검출되므로 검출할 고장신호의 대상을 수위측정기의 고장신호로 국한한다. 2) 고장검출 시스템은 제어시스템이 정상적인 운전 중에 발생 가능한 고장을 검출하는 것이 목적이므로 원전이 초기 기동상태를 지나 정상적인 운전(정격 발전량의 50%이상 발전) 중에서 발생하는 고장을 검출한다.
고장검출 성능을 향상시키기 위하여 오차가 고장에는 민감한 반면 모델 불확실성에는 둔감하게 하는 고장검출 필터의 설계법을 제시하였다. 컴퓨터 모의실험 결과 이 논문에서 제시한 고장검출 시스템은 모델 불확실성과 외란에도 불구하고 조속한 시간 내에 고장 발생을 검출할 수 있었다.

참고문헌 (10)

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상세보기
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