濾波的銠自給能探測器信號延遲消除方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及核反應堆功率分布在線監測系統所用的堆內銠自給能中子探測器信 號的處理技術，具體是基于Luenberger形式4濾波的銠自給能探測器信號延遲消除方法。
【背景技術】
[0002] 用作先進堆芯測量系統堆內探測器的銠自給能中子探測器，其敏感材料銠與中子 反應產生的次生核素發生0衰變產生電流，穩態情況下該電流大小與所在位置通量成正 比，因此通過測量銠自給能探測器能夠推知其所在位置中子通量。由于該類探測器電流主 要成分是由次生核素0衰變產生的，在反應堆瞬態情況（中子通量水平變化的情況）下， 該類探測器電流不能實時反映通量水平的變化，而是有一定的延遲，延遲時間參數與次生 核素的0衰變一致。因此，利用銠自給能中子探測器作中子測量裝置的先進堆芯測量系 統，為了保證中子通量測量的準確性，需要對銠自給能探器的電流信號作延遲消除處理。
[0003] 由于實際的測量過程中總伴隨有噪聲（過程噪聲和測量噪聲），利用直接的數學 反演方法作延遲消除會將探測器電流信號噪聲放大，最大可放大到20倍，影響測量的精 度。因此，在延遲消除處理過程中，需要有效抑制噪聲的放大。
[0004] 目前應用于銠自給能探測器信號延遲的消除主要基于Kalman濾波器實現，其應 用時必須假定系統的外部擾動輸入信號是一個具有已知統計特性的白噪聲信號，當輸入信 號是一個具有有限能量的不確定信號，其統計特性難以得到，該方法就難以應用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種基于Luenberger形式H2濾 波的銠自給能探測器信號延遲消除方法，其應用時能對銠自給能中子探測器的電流信號進 行延遲消除處理，并能有效抑制噪聲，使得銠自給能中子探測器在反應堆瞬態工況時也能 正常使用，且由于本發明采用了Luenberger形式的H2濾波器，作延遲消除時無需預先知道 外部擾動輸入信號的統計特性。
[0006] 本發明解決上述問題主要通過以下技術方案實現：基于Luenberger形式H2濾波 的銠自給能探測器信號延遲消除方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0007] 步驟1、建立銠與熱中子的核反應模型：
[0008] 在反應堆瞬態工況下，通量的變化引起銠自給能中子探測器電流的變化并不同 步，后者較前者有一定的滯后，描述上述反應的具體公式如下： (1) (2)
[0011] I(t) =cn(t) +Ajirij(t) (3)
[0012] 其中，分別表示1Q4Rh和1Q4mRh直接引起的電荷量，n(t)表示探測器處 熱中子通量對應的探測器平衡狀態下的探測器電流，h、12分別表示1(l4Rh和1(l4mRh的衰 變常數，c表示探測器電流的瞬時響應份額，叫、&2分別表示1(l4Rh和1(l4mRh引起的電流份額， I⑴表示銘自給能電流；
[0013] 步驟2、采用去耦變換獲取核反應模型對應的離散狀態方程：
[0014] 對式（1)、式⑵及式⑶作拉普拉斯變換，得到如下等式：
【主權項】
1.基于Luenberger形式H2濾波的銠自給能探測器信號延遲消除方法，其特征在于：包 括以下步驟： 步驟1、建立銠與熱中子的核反應模型： 在反應堆瞬態工況下，通量的變化引起銠自給能中子探測器電流的變化并不同步，后 者較前者有一定的滯后，描述上述反應的具體公式如下：
I(t) =cn(t) +Ajmj(t) (3) 其中，niiahn^t)分別表示1(l4Rh和1(l4mRh直接引起的電荷量，n(t)表示探測器處熱中 子通量對應的探測器平衡狀態下的探測器電流，\2分別表示1MRh和1(l4niRh的衰變常 數，c表示探測器電流的瞬時響應份額，&1、&2分別表示 1(l4Rh和1(l4mRh引起的電流份額，I⑴ 表示銘自給能電流； 步驟2、采用去耦變換獲取核反應模型對應的離散狀態方程： 對式（1)、式（2)及式（3)作拉普拉斯變換，得到如下等式：
平衡態時，等式變為
于是式（4)變為
對式（6)進行拉普拉斯逆變換，得到如下狀態方程
I(t) = [c,c,c] ?X(t) (9) 其中
初始值
(7)、（8)、（9)對應的離散狀態方程為
I(k) =[ccc] *X(k) + [l] ?V(k) (12) n(k) = [1 0 0] ?X(k) (13)
初始值為
步驟3、確定銠自給能探測器電流的瞬時響應份額： 在反應堆啟動物理實驗階段，通過升/降反應堆功率形成功率臺階，記錄相應的堆外 探測器信號實測值與銠自給能探測器信號實測值。堆外探測器能夠瞬時響應中子通量的變 化，相應的實測值可認為是真實的中子通量；通過調整瞬時響應份額的理論值給定N個不 同的瞬時響應份額預測值，再將堆外探測器信號實測值代入離散狀態方程，可以得到N組 銠自給能探測器信號理論值，將理論值與銠自給能探測器信號實測值進行比較，取其中符 合程度最好的某組理論值相應的瞬時響應份額預測值為后續延遲消除所采用的瞬時響應 份額； 步驟4、利用Luenberger形式的H2濾波器對銠自給能探測器電流信號作延遲消除： 對于一個離散控制過程系統，該系統可用一個狀態方程來描述： x(k+1) =Ax(k)+Bw(k) y(k) =Cx(k)+Dw(k) (15) z(k) =Lx(k) 其中，x(k)為第k次采樣點的n維狀態向量，w(k)包含了系統過程噪聲以及系統觀測 白噪聲，y(k)為第k次采樣點的測量值，z(k)為1維待求向量，L為l*n維矩陣； 針對離散系統（15)，設計如下漸近穩定的滿階線性Luenberger濾波器
式（16)為最優H2濾波器，當且僅當如下的優化問題有解：
其中J滿足如下矩陣不等式：
其中Y=YTGRnXn，WGRnXr，J=JTGirXni，H2 濾波器的增益K=Yl; 對于銠自給能探測器，由其離散狀態方程可知方程（15)中的對應矩陣為：
C=[ccc] D= [0 1] L= [1 0 0] 通過求解線性矩陣不等式（17)、（18)、（19)，可得H2濾波器矩陣K，從而可以由如下步 驟獲取消除延遲后任意時刻的探測器電流值： 由初始電流測量值_%0；)可得
初始〇時刻延遲消除后電 流值為
對于任意k+1(k= 0, 1，...）時刻
，而k+1時刻延遲 消除后的電流值為雄+1) = +1)。
2. 根據權利要求1所述的基于Luenberger形式H2濾波的銠自給能探測器信號延遲消 除方法，其特征在于，在有換擋的情況下，還包括按如下的信號處理方法對原始信號進行處 理：在換檔區域內，假設中子通量保持不變，然后反推中子通量密度產生的電流信號，再與 探測器實際輸出電流相減，得到換擋突變分量；在換檔區域外，探測器輸出電流減去換擋突 變分量，得到中子通量密度產生的電流信號，然后再對此電流信號進行延遲消除處理。
3. 根據權利要求1所述的基于Luenberger形式H2濾波的銠自給能探測器信號延遲消 除方法，其特征在于，所述的換檔區域設計結構如下： 在換檔區域內k2)，假設中子通量密度不變，則有：
可以反推出銠自給能探測器電流信號為： I(k+1) =c(n(k+1) +x: (k+1) +x2 (k+1)) (23) 將反推電流（23)當成探測器實際輸出電流，通過權利要求1中所述步驟進行延遲消 除； 在換檔區域時間邊界匕處，換檔引起的電流偏置量可以由下式進行估算：
其中)表示在匕時刻的探測器實際輸出電流；在換檔區域外，需要對探測器實際輸 出電流進行偏置補償以抵消換檔所帶來的影響，將探測器實際輸出電流加上式（24)表示 的換檔引起的電流偏置量，得到中子通量密度產生的電流信號，然后再對此電流信號進行 延遲消除。
【專利摘要】本發明公開了基于Luenberger形式H2濾波的銠自給能探測器信號延遲消除方法，包括依次進行的以下步驟：步驟1、建立銠與熱中子的核反應模型；步驟2、采用去耦變換建立核反應模型對應的離散狀態方程；步驟3、確定銠自給能探測器電流的瞬時響應份額；步驟4、利用Luenberger形式的H2濾波器對銠自給能探測器電流信號作延遲消除。本發明應用時能對銠自給能中子探測器的電流信號進行延遲消除處理，并能有效抑制噪聲，使得銠自給能中子探測器在反應堆瞬態工況時也能正常使用，且由于本發明采用了Luenberger形式的H2濾波器，作延遲消除時無需預先知道外部擾動輸入信號的統計特性。
【IPC分類】G21C17-108, G06F19-00, G01T3-00
【公開號】CN104778982
【申請號】CN201510166171
【發明人】彭星杰, 李慶, 龔禾林, 陳長, 趙文博, 劉啟偉, 李向陽, 于穎銳
【申請人】中國核動力研究設計院
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月9日