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論文

Twice squaring method: Non-linear acoustic signal processing technique for real-time detection of sodium boiling

林 光二; 篠原 慶邦*; 渡辺 光一; 鍋島 邦彦

Annals of Nuclear Energy, 23(10), p.863 - 875, 1996/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:14.78(Nuclear Science & Technology)

LMFBRにおけるナトリウム沸騰検知のための新しい音響信号処理法、2回2乗法を開発した。本手法は、時間領域における比較的簡単な非線形信号処理技術を用いており、2度に渡るバンドパス・フィルタリングと信号の2乗処理で構成される。利点としては、ディジタル計算なしにアナログ回路だけで実時間検知を実現できることがあげられる。炉外ナトリウム沸騰実験装置KNS-1および高速炉BOR-60における実験データを用いて、本手法の感度や信頼性に関する評価試験を行った。その結果、信号対雑音比-17.5dBまでの沸騰信号が検知可能であること、また非線形処理により見逃し確率や誤報確率を十分小さくおさえられること、処理に要する時間は0.6秒以内であることなどがわかった。

論文

Acoustic detection of in-sodium water leaks using twice squaring method

林 光二; 篠原 慶邦*; 渡辺 光一

Annals of Nuclear Energy, 23(15), p.1249 - 1259, 1996/00

 被引用回数:10 パーセンタイル:66.64(Nuclear Science & Technology)

先に開発した高速炉ナトリウム沸騰の音響検知法である2回2乗法を用いて、高速炉蒸気発生器における水漏洩の音響検知について研究を行った。この問題は蒸気発生器にバックグラウンド雑音に重畳する漏洩雑音を如何に感度良く抽出するかという信号処理技術の問題である。IAEAの研究計画で配布された4つのテスト・データを用いて、2回2乗法の漏洩検知性能を評価した。この結果、漏洩雑音がバックグラウンド雑音に対して-20dBの時でさえも、フィルタの通過帯域を適切に調整すれば検知できることがわかった。また、種々の蒸気発生器に対しても適用可能であることが分かった。テスト・データは水漏洩実験データと実機の蒸気発生器バックグラウンド雑音から人工的に作られたものであるが、本手法は、実際の漏洩信号に対しても十分対応できると考えられる。

報告書

ニューラルネットワークによる原子力プラント監視手法と実炉への応用

鍋島 邦彦; 鈴木 勝男; 篠原 慶邦*; E.Tuerkcan*

JAERI-Research 95-076, 33 Pages, 1995/11

JAERI-Research-95-076.pdf:1.03MB

本論文では、原子炉プラントの主要なプラセス変数の計測データを用いてニューラルネットワーク上に構築したプラントモデルの予測値と実際の信号との誤差監視に基づく異常徴候の早期検知手法、及びそのプログラムについて述べる。ここで用いたニューラルネットワークは、3層からなる12入力12出力のauto-associative型ネットワークで、その学習則には誤差逆伝播アルゴリズムを採用した。さらに原子炉の動特性のモデル化の精度を向上させるために、初期学習と適応学習に分ける新しい学習法を開発した。このニューラルネットワークを実際の原子力プラントの実時間監視システムとして使用した結果、原子炉の起動・停止及び定常運転の広出力範囲にわたって、微小な異常兆候を早期に検知することができた。

報告書

疑似不規則信号を用いた原子力船「むつ」動特性同定実験,(III); 第3回実験

林 光二; 島崎 潤也; 鍋島 邦彦; 篠原 慶邦; 井上 公夫*; 落合 政昭

JAERI-Research 95-015, 172 Pages, 1995/03

JAERI-Research-95-015.pdf:4.53MB

原子力船「むつ」の原子炉プラント動特性を評価する目的で、疑似不規則2値信号(PRBS)を用いた3回目の炉雑音実験を第3次実験航海中の1991年9月16日に実施した。第3回実験は、前2回の実験と異なる海象・炉出力条件下のデータ測定を目的に、炉出力70%、通常海域の条件下で制御棒または主蒸気弁の手動操作によりPRBSを印加する反応度外乱実験ならびに負荷外乱実験を実施し、プラント反応信号や船体加速度信号を測定した。本報告は、実験計画、実験の実施要領書と実験の記録、データ収録条件、収録したデータの信号波形ならびにパワースペクトル解析の結果をまとめたものである。

報告書

疑似不規則信号を用いた原子力船「むつ」動特性同定実験,II; 第2回実験

林 光二; 島崎 潤也; 鍋島 邦彦; 篠原 慶邦; 井上 公夫*; 落合 政昭

JAERI-Research 95-004, 178 Pages, 1995/01

JAERI-Research-95-004.pdf:4.66MB

原子力船「むつ」の原子炉プラント動特性を評価する目的で、第3次実験航海中の1991年8月30日に、類似不規則2値信号を用いた第2回炉雑音実験を実施した。第2回実験は炉出力50%、静穏海域のプラント運転条件下で、制御棒または主蒸気弁の手動操作により類似不規則2値信号を印加する反応度外乱実験ならびに負荷外乱実験を実施し、プラント応答信号や船体加速度信号を測定した。さらに、各疑似不規則外乱の効果を評価するために、各実験後に、自然状態下でのプラント雑音信号を測定した。本報告は、実験の計画、実施要領書と実験の記録、データ収録条件、収録したデータの信号波形ならびにパワースペクトル解析の結果をまとめたものである。

論文

Noise source analysis of nuclear ship Mutsu plant using multivariate autoregressive model

林 光二; 島崎 潤也; 篠原 慶邦*

SMORN-VII,Symp. on Nuclear Reactor Surveillance and Diagnostics,Vol. 1, 0, P. 3_5, 1995/00

原子力船の動特性と海象、船体運動の影響を研究する目的で「むつ」プラントの炉雑音実験を行った。炉雑音および船体運動信号データを多変数自己回帰モデルにより解析し、原子炉プラントにおける雑音源を探った。その結果、プラント変数に影響を与える主な雑音源は船体の水平方向、特に横方向の揺れであることが確認された。さらに、炉出力に見られる船体運動の影響(出力振動)を幾何学的変換法で得られる抽出成分の解析を通じて評価した。この結果、炉出力振動の振幅は通常の海象条件において約0.15%であり安全性に問題ないと結論された。

論文

Results of the IAEA coordinated research programme on acoustic signal processing for the detection of boiling or sodium/water reaction in LMFRs

A.Rinejski*; T.J.Ledwidge*; J.Black*; S.E.F.Rofe*; C.Cornu*; C.Journeau*; K.P.Scherer*; P.Stiller*; O.P.Singh*; G.S.Srinivasan*; et al.

SMORN-VII,Symp. on Nuclear Reactor Surveillance and Diagnostics,Vol. 1, 0, P. 5_3, 1995/00

IAEAの高速炉におけるナトリウム沸騰または水反応検知のための音響信号処理に関する調整研究計画において参加各国が行った研究の成果について報告する。研究に用いたテスト・データならびに参加者が開発あるいは用いた種々の手法について述べる。新しく開発された手法は、ナトリウム沸騰検知については信号対雑音比が-12dBまで、またナトリウム水反応検知については-17dBまでの検出感度が各参加者により得られている。検出は初期事象の1秒以内に可能であり、(誤報確率と見逃し確率の意味で)目標とする信頼性も満足する形で、各手法の開発が行われた。

論文

Analytical study of nonlinear reactor dynamics based on bifurcation theory with reference to BWR power oscillation

鈴土 知明; 篠原 慶邦

Journal of Nuclear Science and Technology, 31(5), p.420 - 431, 1994/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:43.3(Nuclear Science & Technology)

低次の非線形原子炉動特性モデルを導出し、そのモデルを用いて出力振動を解析的に取り扱う。これにより、数値解法によっては得られないいくつかの本質的な性質が見えてくる。例えば、線形安定条件や周期的運動に関連している弱安定条件の陽表現が得られ、それらと反応度フィードバックとの一般的関係が得られる。これらの結果はBWRの動特性の定性的解析に応用することができ、そのデータ処理は数値解析法に比べて簡便であり迅速に行うことができる。

論文

H$$_{infty}$$推定理論に基づく正味反応度の推定

鈴木 勝男; 島崎 潤也; 篠原 慶邦

日本原子力学会誌, 36(1), p.79 - 88, 1994/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:28.77(Nuclear Science & Technology)

本報では反応度の変化が未知である場合の動的反応度推定問題にH$$_{infty}$$推定理論を適用して反応度推定器を設計した。設計は一点動特性方程式と仮想的雑音/外乱で駆動される反応度状態方程式とを組合せたシステムモデルに基いて行なった。H$$_{infty}$$推定理論ではこの仮想的雑音/外乱はルベーグ可積分関数空間(L$$_{2}$$)に属すると仮定する。本推定理論はカルマン理論に基づく設計論と比較すると簡潔かつ見通しよい設計論を与えることが分った。また、高速炉の反応度推定の数値シミュレーションの結果は、大きな観測雑音の下での反応度推定およびシステム雑音によって駆動される場合の反応度推定に関して良好な特性をもつことを示している。これらの結果から、H$$_{infty}$$推定器は原子炉の出力運転状態において発生する反応度異常の監視に適用しうると考えられる。

論文

Qualitative analysis of nonlinear power oscillation in NSRR

鈴土 知明; 篠原 慶邦

Annals of Nuclear Energy, 21(5), p.291 - 301, 1994/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:28.77(Nuclear Science & Technology)

NSRRの出力振動に関して、理論的および実験的な考察を行なった。特に、我々は自動制御系の特性に注目した。まず、実験データの解析により振動の原因となっているおおまかな位置が決定され、その部分にはある種の非線形的ふるまいが観察された。より詳しいデータが欠除しているため、その非線形メカニズムを定量的に同定することはできないが、入出力信号を観察することによりそれはある種のバックラッシュであることがわかった。最後に、バックラッシュをフィードバック・ループに加えたNSRRの簡略化動特性モデルを作成し、それにより実験データの出力振動の波形が定性的に再現されることを確認した。

論文

デコンボリューション前処理による超音波開口合成映像分解能の向上

石川 信行; 藤井 義雄; 篠原 慶邦

計測自動制御学会論文集, 30(8), p.984 - 986, 1994/00

開口合成法を用いた超音波映像法では、理想的な分解能を得るためには時間幅が十分に短いインパルス状音波の送受信が必要である。本稿では、実際の超音波トランスデューサが十分に広帯域な電気音響変換特性をもっていないために生じる送受信の際の超音波信号のひずみを信号処理において補償するため、トランスデューサの電気音響変換特性を考慮したデコンボリューション信号処理を開口合成映像法の前処理として適用して、分解能向上を図っている。本方法の有効性を検証するために、市販の共振型トランスデューサを用いた空中超音波による物体位置推定実験を行い、分解能を向上させることができることを確認した。

報告書

疑似不規則信号を用いた原子力船「むつ」動特性同定実験,I; 第1回実験

林 光二; 島崎 潤也; 鍋島 邦彦; 篠原 慶邦; 井上 公夫*; 落合 政昭

JAERI-M 93-194, 163 Pages, 1993/10

JAERI-M-93-194.pdf:4.63MB

原子力船「むつ」の原子炉プラント動特性を評価する目的で、疑似不規則2値信号(PRBS)を用いた炉雑音実験を計画し、実験法や実験条件の調査確認を目的とする第1回実験を第1次実験航海中の1991年3月4日に実施した。炉出力70%、静穏海域下で、制御棒または主蒸気弁の手動操作によりPRBSを印加する反応度外乱実験ならびに負荷外乱実験を行い、プラント応答信号や船体加速度信号を測定した。この結果、(1)事前に検討した実験方法と条件が妥当であること,(2)PRBS外乱を印加してもプラント状態は安定であること,(3)測定データの質も解析に十分である、などが確認できた。本報告は実験の計画、準備、実験の記録、データ収録条件ならびに信号波形とパワー・スペクトル解析の結果をまとめたものである。

論文

Methodology of nuclear reactor monitoring and diagnostics using information dimension; Application to power oscillation

鈴土 知明; 林 光二; 篠原 慶邦

Journal of Nuclear Science and Technology, 30(8), p.727 - 740, 1993/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:56.97(Nuclear Science & Technology)

カオス理論に基づいた炉雑音解析法を原子炉出力振動の監視および診断に応用した。我々は時系列データから測定できる特微量の一つ、情報次元に注目した。非線形系がパラメーター変動によってその漸近解が変化するとき、情報次元も変化する。一般に、情報次元の決定には相関積分の傾きが使われる。この相関積分の傾きを使うことにより出力振動がおきている実データがリミットサイクル的であると診断できた。また、この方法はパワースペクトルや減衰比のような従来の方法よりも出力振動に関して詳細な情報を与えることが判明し、その監視に応用できることが実証された。特に実時間システムへの応用を考えた場合、相関積分の傾きの計算に要する時間は問題がないことが確認された。

報告書

線形時不変システムに対するH$$_{infty}$$最適推定器の設計; 状態空間設計法と反応度推定への応用

鈴木 勝男; 島崎 潤也; 篠原 慶邦

JAERI-M 93-040, 25 Pages, 1993/03

JAERI-M-93-040.pdf:0.57MB

H$$_{infty}$$最適推定理論はL$$_{2}$$関数空間に属する外乱全体に対する推定誤差の最大「エネルギ」をH$$_{infty}$$ノルムの意味で最小化するミニマックス問題として定式化されている。本報はこの最適推定理論の定式化の特徴に注目して、設計仕様を周波数重みとして最適化基準に反映した設計法を示す。次に、通常の核的一点動特性方程式に仮想的な外乱で駆動される正味反応度の状態方程式を組合せた設計モデルに本設計法を適用して高速炉の反応度推定器を設計する。最後に、計算機シミュレーションにより種々の外乱に対する正味反応度の推定結果を示す。

論文

Application of H$$_{infty}$$ control theory to power control of a nonlinear reactor model

鈴木 勝男; 島崎 潤也; 篠原 慶邦

Nuclear Science and Engineering, 115, p.142 - 151, 1993/00

 被引用回数:21 パーセンタイル:86.57(Nuclear Science & Technology)

本研究は非線形BWRの補償器設計へのH$$_{infty}$$ロバスト制御理論の応用に関するものである。また、その結果は標準的なLQG制御理論が適用された場合の結果と比較される。原子炉出力制御系に対してはロバスト安定と閉ループ感度の改善が望まれる。LQG制御理論で構成した出力制御系のシミュレーション結果では定常偏差が生じ、安定性が低いことが示された。そこで外乱やシステムパラメータ変動に対してロバストな制御系を設計するために、H$$_{infty}$$制御理論を応用した。H$$_{infty}$$制御系によるシミュレーション結果から、出力制御系は原子炉の安全な運転のために重要な充分なロバスト安定性と外乱減衰特性を有していることが示された。

報告書

逆フィルタリング手法による超音波信号の前処理に関する基礎実験

石川 信行; 藤井 義雄; 篠原 慶邦

JAERI-M 92-171, 24 Pages, 1992/11

JAERI-M-92-171.pdf:0.66MB

超音波を用いた開口合成法により物体位置計測を行なう場合の問題のひとつは、超音波センサの電気音響変換特性の影響により位置計測の分解能が低下することである。本研究では、この影響を補償することにより分解能の向上を図る目的で、開口合成法の前処理のために逆フィルタリーグ技法を適用した。本報告では、超音波センサの電気音響変換特性の測定、ならびに逆フィルタリング技法の有効性に関する実験結果について報告する。

報告書

超音波応用による位置同定方法の基礎実験

藤井 義雄; 猪俣 新次; 鈴木 勝男; 鈴土 知明; 篠原 慶邦

JAERI-M 92-112, 64 Pages, 1992/08

JAERI-M-92-112.pdf:2.53MB

本報告は、ビデオカメラが機能できないような原子力施設内の極めて強い放射線環境や、濃い煙のような不透明媒質が充満した室内で作業を行う移動ロボットの位置決めのための、超音波を応用した位置同定方法に関する基礎実験結果について述べている。また、使用した超音波センサの基本的特性・センサ信号処理に使用したシステムの概要、構造化したプログラムの並列処理の方法等についても述べている。本実験の結果、超音波センサの使い方や信号処理の方法によっては十分に高精度な位置同定が可能であることや、高精度で安定数の優れた測定系を構成するためには、それなりの対策が必要であることなどが明らかとなった。今回用いたプロセス並列処理の方法は構造化された複数のプロセス間の同期をとって通信を行う有効な方法であり、他のセンサ信号処理システムを構築する際にも大いに活用できる。

論文

Nonlinear dynamics of reactor with time delay in automatic control system and temperature effect

金野 秀敏*; 林 光二; 篠原 慶邦

Journal of Nuclear Science and Technology, 29(6), p.530 - 546, 1992/06

温度と自動制御からの遅れフィードバックを持つ1成分原子炉動特性(非線形)を研究している。炉出力振動を生起する必要条件は、これら2つの異なった遅れフィードバック間の競合である事が示される。モデルは、炉出力振動の特徴から、付加雑音源を持つ確率ファンデルポール方程式に変換され、これによって非線形相互作用の重要性と外来雑音の効果は質的に理解できる。振動の飽和振幅の推定のための理論的方法もまた、飽和振幅のより精確な理論的予測のために開発した。

論文

GMDHに基づく非線形自己回帰モデルの同定とスペクトル解析

林 光二; 篠原 慶邦; 金野 秀敏*

計測自動制御学会論文集, 28(10), p.1216 - 1223, 1992/00

GMDHによる非線形系の同定は、比較的手軽に行える反面、それによって得られる階層モデルは数学的な裏付けに乏しく、物理的な解釈は容易でない。このため、GMDHはもっぱら「ブラック・ボックス」的な利用に限定されてきた。本論文では、階層モデルの全体的な非線形特性を評価するために、唯1つの時間遅れを持つ新しい非線形インパルス応答関数を提案している。その計算は、階層モデルを適当な入力インパルスで励起する事により簡単に行え、またこれから周波数応答関数やパワースペクトルも推定できる。例として、2つの井戸型ポテンシャルを持つ確率ダッフィング方程式から作られた振動データに対して、GMDHに基づく自己回帰型の非線形階層モデルの同定を行った。本手法を用いた解析を通じて、得られた階層モデルにもとの系のメカニズムが反映されている事が確認できた。

論文

Development of telerobotic systems for reactor decommissioning, III; Demonstration system

臼井 甫積; 藤井 義雄; 篠原 慶邦

Journal of Nuclear Science and Technology, 28(8), p.767 - 776, 1991/08

本報告は、動力試験炉(JPDR)の放射化された炉内構造物の解体実地試験計画に沿って原子炉デコミッショニング用遠隔ロボットシステムの一つとして製作した実地試験用システムについて述べている。システム構成は取扱重量25daNを持つ水中・気中両用の多関節形電動スレーブマニピュレータ、チェーンによる支持移動システム、計算機支援形モニタシステムおよび計算機制御システムから成る。JPDRの解体実地試験に先立ち、性能確認のため遠隔ロボットシステムとプラズマトーチを組合わせ、実寸大の模擬炉内構造物を用いて水中切断のコールドモックアップ試験を実施した。十分な性能が得られたので、JPDRの高度に放射化された複雑な形状の炉内構造物について解体実地試験計画に沿った水中遠隔解体を実施し十分な成果が得られたことにより、原子炉解体における遠隔ロボット技術の有用性が実証された。

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