论文总字数：35001字

摘 要

核反应堆的安全运行需有可视化的温度场图像，同时开发核反应堆燃料元件(或燃料棒)的寿命损耗管理也需要科学的数据。堆芯出口冷却剂温度场拟合是堆芯温度场重构的关键环节，通过拟合得到的整个堆芯出口冷却剂温度场对堆芯温度场重构的结果有着决定性的作用。把热电偶(或者热电阻)温度传感器测得的数个离散点的实时温度数据实时地转化为2D、3D温度场图像，可全景化地展示堆芯的温度分布。

本文介绍了将MATLAB和Visual Studio混合编程的技术，同时介绍了几种常见的曲面拟合算法，分别为立方插值法、B样条插值法、Biharmonic插值法、三次多项式拟合法、RBF神经网络法以及薄板样条插值法。并根据其原理分析写出了多项式拟合法、Biharmonic插值法以及薄板样条插值法的MATLAB源代码，并且其拟合结果和MATLAB工具箱函数完全一致。B样条虽然也给出了其MATLAB实现的源代码，但由于其对于实际问题的适应性较差，放弃了将其放入温度场重构程序中。也利用MATLAB自带工具箱函数实现了立方插值法、RBF神经网络法。同时在文章分析了各算法对不同曲面拟合的优缺点。设计了可以将空间离散点转化为三维立体曲面图像的应用程序。

关键词：MATLAB与VB混合编程； 温度场拟合； 曲面拟合； 最小二乘法；插值法；RBF；神经网络；

Study of Nuclear Power Core Temperature Field Reconstruction

Abstract

The safe operation of the nuclear reactor need visualized temperature field, and the nuclear reactor fuel elements (or rods)’s management of lifetime loss also require scientific data management. Core exit’s coolant temperature field fit is the key of core temperature field reconstruction, the entire core exit coolant temperature field obtained by fitting have a decisive role to the results of the core temperature field reconstruction. Take several discrete points’ real-time temperature data measured by the thermocouple (or RTD) temperature sensor into real-time 2D, 3D temperature field images, panoramic display of the core of the temperature distribution.

This article describes the MATLAB and Visual Studio mixed programming technology, and introduces several common surface fitting algorithms, such as Cubic interpolation, B-spline interpolation, Biharmonic interpolation, cubic polynomial fitting, RBF neural network and thin plate spline interpolation. After analyzed the principle, I write the MATLAB source code of cubic polynomial fitting, Biharmonic interpolation and thin plate spline interpolation method .Analyze the advantages and disadvantages of each different surface fitting. Design an application which can let discrete points be converted into three-dimensional surface image.

Keywords: MATLAB and Visual Studio mixed programming; temperature field fitting; surface fitting; least squares method; interpolation; radial basis function; artificial neural network

目录

摘 要 II

Abstract III

第1章 绪 论 1

1.1 本论文的背景和意义 1

1.2 本论文的主要内容 1

1.3 本论文的结构安排 1

第2章 出口冷却剂温度测量 2

2.1 压水堆本体结构 2

2.2 堆芯结构 3

2.3 堆芯温度测量系统 5

第3章 MATLAB与VB混合编程的方法 7

3.1 混合编程的意义 7

3.2 混合编程的方法介绍 7

3.2.1 MATLAB生成动态链接库用于混合编程 7

3.2.2 利用ActiveX技术实现MATLAB与VB混合编程 9

第4章 曲面拟合算法的实现 12

4.1 插值法曲面拟合 12

4.1.1双三次曲面插值 12

4.1.2 Biharmonic样条插值 13

4.1.3 B样条插值 15

4.2 基于最小二乘法的多项式拟合 17

4.2.1最小二乘法概念 17

4.2.2三次多项式函数拟合 18

4.3径向基函数（RBF）神经网络曲面拟合 19

4.3.1 RBF神经网络模型 19

4.3.2 RBF神经网络的工作原理 20

4.3.3 RBF神经网络的具体实现 21

4.3.4 RBF神经网络的学习算法 21

4.3.5 利用MATLAB的神经网络工具箱函数 23

4.4薄板样条函数 23

4.4.1 薄板样条的介绍^[9] 23

4.4.2 薄板样条函数插值原理 23

4.4.3 薄板样条函数插值算法实现 24

第5章 应用程序的设计与开发 26

5.1 VB程序应实现的功能 26

5.2 VB程序框体选择和设计 26

第6章 各算法结果比较 29

6.1 双三次曲面插值误差分析 29

6.2 Biharmonic曲面插值误差分析 30

6.3 B样条曲面插值误差分析 30

6.4 三次多项式曲面拟合误差分析 31

6.5 RBF神经网络拟合误差分析 32

6.6 薄板样条插值曲面拟合误差分析 33

6.7 不同情况下的拟合结果分析 34

总 结 37

致 谢 38

参考文献 39

附 录 1 三次多项式算法 40

完 41

第1章 绪 论

1.1 本论文的背景和意义

基于MATLAB与VB混合编程的堆芯温度场拟合，是一种拓展温度测量与监视范围或空间的虚拟测量(或称软测量)方法，将堆芯的“点”温度测量演变为“面”温度测量和“空间”温度测量，即把热电偶(或热电阻)温度传感器测得的若干离散点的实时温度数据，实时地转化为2D或3D温度场图像(或断层图像tomograph)，全景化地展示堆芯的温度分布，。为核反应堆安全运行提供可视化的温度场图像，同时为开发核反应堆燃料元件(或燃料棒)的寿命损耗管理提供科学数据。堆芯出口冷却剂温度场的拟合是堆芯温度场重构的重要环节，通过拟合得到的整个堆芯出口冷却剂温度场的准确性对堆芯温度场重构的结果有着决定性的作用。

1.2 本论文的主要内容

(1) 堆芯出口处冷却剂温度的测量以及数据采集。在了解压水堆堆芯结构的基础上，根据堆芯温度测点，选择合适的温度传感器测量测点的温度，通过数据采集器采集数据并传输到电脑中，构建一个完整的数据测量与采集系统，为整个软件的设计做好前期准备。

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