vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2025-52-3-107-115vdgtu-1844Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИINFORMATION TECHNOLOGY AND TELECOMMUNICATIONSОптимизация настройки ПИ-регуляторов в системах автоматического управления сложными технологическими процессами АЭСOptimization of PI controller tuning in automatic control systems for complex technological processes at Nuclear Power PlantsМенюкД. С.MeniukD. S.

Дмитрий Сергеевич Менюк - аспирант кафедры № 2 «Автоматика».

115409, Москва, Каширское шоссе, 31

Dmitry S. Menyuk - Postgraduate Student, Department No. 2 "Automation".

31 Kashirskoe highway, Moscow 115409

d.menyuk@mail.ruНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational Research Nuclear University MEPhIRussian Federation202510112025523107115Copyright © Менюк Д.С., 20252025Менюк Д.С.Meniuk D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1844Цель

Цель. Статья посвящена настройке ПИ-регуляторов в системах управления сложными процессами на энергоблоках АЭС.

Метод

Метод. Подчеркнуто применение методов теории автоматического управления для синтеза цифровых регуляторов, что упрощает проектирование. Особое внимание уделено преимуществам наладки регуляторов с использованием аналитических тренажеров. Они позволяют моделировать различные режимы работы, включая нештатные ситуации, что помогает устранить проблемы, такие как интегральное насыщение или потери устойчивости. Аналитические тренажеры ускоряют настройку, снижая затраты и повышая точность.

Результат

Результат. Рассмотрены ключевые параметры настройки: коэффициент усиления (KP) и постоянная времени интегрирования (TN), влияющие на чувствительность и скорость реакции системы. Учтены ограничения оборудования, такие как мощность нагревателей и точность измерений. Описан модуль регулятора 1411 в ПТК ТПТС-НТ, обеспечивающий высокую точность и быстродействие благодаря циклу 23,3 мс и частотному диапазону до 21,5 Гц. Это позволяет эффективно обрабатывать входные воздействия и возмущения.

Вывод

Вывод. Сочетание ПТК ТПТС-НТ и аналитических тренажеров обеспечивает высокую точность, адаптивность и надежность систем управления, что критически важно для сложных процессов, таких как управление энергоблоками АЭС.

Objective

Objective. The article focuses on the tuning of PI controllers in control systems for complex processes, such as those in nuclear power plant units.

Method

Method. The application of automatic control theory methods for synthesizing digital regulators is emphasized, simplifying the design process.Special attention is given to the advantages of tuning regulators using analytical simulators. They allow modeling various operating modes, including emergency situations, helping to eliminate issues such as integral windup or loss of stability. Analytical simulators accelerate the tuning process, reducing costs and improving accuracy.

Result

Result. Key tuning parameters are discussed: the gain coefficient (KP) and the integration time constant (TN), which affect thesystem's sensitivity and response speed. Equipment  ch as heater power and measurement accuracy, are taken into account. The regulator module 1411 in the PTC TPTS-NT software-hardware complex is described, providing high precision and speed due to a cycle time of 23.3 ms and a frequency range of up to 21.5 Hz. This enables effective processing of input signals and disturbances.

Conclusion

Conclusion. The combination of the TPTS-NT software and analytical simulators ensures high accuracy, adaptability, and reliability of control systems, which is critical for complex processes such as nuclear power plant unit control.

ПИ-регуляторавтоматическое управлениенастройка регуляторовкоэффициент усиленияProportional-Integral controllerAutomatic controlcontroller tuningproportional gainReferencesSquassoni S. The incredible shrinking nuclear offset to climate change // Bulletin of the atomic scientists. – 2017. – Vol. 73, № 1. – P. 17-26.Squassoni S. The incredible shrinking nuclear offset to climate change. Bulletin of the Atomic Scientists. 2017;73(1):17-26.Сааков Э.С. Ввод в эксплуатацию энергоблоков АЭС / Э.С. Сааков, С.И. Рясный. – М.: Энергоатомиздат, 2007. – 496 с.Saakov E.S., Ryasny S.I. Commissioning of NPP Power Units. Moscow: Energoatomizdat; 2007. 496 p. (In Russ)Ротач В.Я. Расчёт настройки реальных ПИД-регуляторов // Теплоэнергетика. – 1993. № 10. – С. 31-35.Rotach V.Y. Calculation of real PID controller tuning. Thermal Engineering. 1993;(10):31-35. (In Russ)Ротач В.Я. Автоматизация настойки систем управления / В.Я. Ротач, В.Ф. Кузищин, А.С. Клюев и др. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 272 с.Rotach V.Y, Kuzishchin V.F., Klyuev A.S., et al. Automation of Control System Tuning. Moscow: Energoatomizdat; 1984. 272 p. (In Russ)Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием / В.В. Денисенко. – М.: Горячая линия – Телеком, 2014. – 606 с.Denisenko V.V. Computer Control of Technological Processes, Experiments and Equipment. Moscow: Hot Line Telecom; 2014. 606 p. (In Russ)Густав Олссон, Джангуидо Пиани. Цифровые системы автоматизации и управления / Густав Олссон. – СПб.: Невский Диалект, 2001. – 557 с.Olsson G., Piani G. Digital Automation and Control Systems. St. Petersburg: Nevsky Dialect; 2001. 557 p.Гудвин Г.К. Проектирование систем управления / Г.К. Гудвин, С.Ф. Гребе, М.Э. Сальгадо. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. – 911 с.Goodwin G.C., Graebe S.F., Salgado M.E. Control System Design. Moscow: BINOM; 2004. 911 p.Åström, K.J., and Hägglund, T. (1995) PID Controllers: Theory, Design, and Tuning (2nd edition), NC, Instrument Society of America.Åström KJ, Hägglund T. PID Controllers: Theory, Design, and Tuning. 2nd ed. Research Triangle Park: ISA; 1995.Åström, K.J., and Hägglund, T. (1984) “Automatic Tuning of Simple Regulators with Specifications on Phase and Amplitude Margins” Automatica 20 (5): 645-651Åström K.J., Hägglund T. Automatic tuning of simple regulators with specifications on phase and amplitude margins. Automatica. 1984;20(5):645-651.Weng Khuen Ho, Chang Chieh Hang, and Lishens S. Cao (1995) “Tuning of PID Controllers Based on Gain and Phase Margin Specification” Automatica 31 (3): 497-502.Ho W.K., Hang C.C., Cao L.S. Tuning of PID controllers based on gain and phase margin specification. Automatica. 1995;31(3):497-502.Ротач В.Я. Расчёт настройки реальных ПИД-регуляторов // Теплоэнергетика. – 1993. № 10. – С. 31-35.Rotach V.Y. Calculation of real PID controller tuning. Thermal Engineering. 1993;(10):31-35. (In Russ)Стефани Е.П. Основы расчёта настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. Изд. 2-е, перераб. / Е.П. Стефани. – М.: Энергия, 1972. – 376 с.Stefani E.P. Fundamentals of Heat Power Process Controller Tuning Calculations. 2nd ed. Moscow: Energiya; 1972. 376 p. (In Russ)Sanchis R., Romero J.A. and Balaguer P. PI and PID auto-tuning procedure based on simplified single parameter optimization // Journal of process control. – 2011. – Vol. 21. – P. 840-851.Sanchis R., Romero J.A., Balaguer P. PI and PID auto-tuning procedure based on simplified single parameter optimization. Journal of Process Control. 2011;21:840-851.Garpinger O., Hägglund T. and Åström K.J. Performance and robustness trade-offs in PID control / Journal of Process Control. – 2014. – Vol. 24. – P. 568-577.Garpinger O., Hägglund T., Åström K.J. Performance and robustness trade-offs in PID control. Journal of Process Control. 2014;24:568-577.O’Dwyer, Aidan (2009) Handbook of PI and PID controllers tuning rules (3rd edition), London, Imperial College Press.O'Dwyer A. Handbook of PI and PID Controller Tuning Rules. 3rd ed. London: Imperial College Press; 2009.Vilanova, Ramon, and Visioli, Antonio (2012) PID Control in the Third Millenium. Lessons Learned and New Approaches, London, Springer-Verlag.Vilanova R., Visioli A. PID Control in the Third Millennium: Lessons Learned and New Approaches. London: Springer; 2012.Skogestad S. Simple analytic rules for model reduction and PID controller tuning // Journal of Process Control. – 2003. – Vol. 13. – P. 291-309.Skogestad S. Simple analytic rules for model reduction and PID controller tuning. Journal of Process Control. 2003;13:291-309.Прохоров А.Н., Лысачев М.Н. Цифровой двойник. Анализ, тренды, мировой опыт. Издание первое, исправленное и дополненное./А.Н. Прохоров, М.Н. Лысачев – М.: ООО «АльянсПринт», 2020. – 401 стр., ил.Prokhorov A.N., Lysachev M.N. The digital double. Analysis, trends, and global experience. The first edition, corrected and supplemented. A.N. Prokhorov, M.N. Lysachev – M.: Alliansprint LLC, 2020. – 401 p.(In Russ)Программно-технический комплекс «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР» [Электронный ресурс] // Институт проблем безопасного развития атомной энергетики Российской академии наук [сайт]. URL: http://www.ibrae.ac.ru/contents/362.Software and hardware complex "Virtual digital NPP with VVER" [Electronic resource] // Institute of Problems of Safe Development of Atomic Energy of the Russian Academy of Sciences [website]. URL: http://www.ibrae.ac.ru/contents/362. (In Russ)МУ-УЖЦАСУ.09.06 Методические указания «Анализ устойчивости контуров автоматического регулирования». Ревизия 1. АО «РАСУ».MU-UZHTSASU.09.06 Methodological guidelines "Stability analysis of automatic control circuits". Revision 1. RASU JSC. (In Russ)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.