核电厂是一个复杂的非线性时变系统,是一个关联性极强而安全性要求极高的大系统。选择一个具有良好控制效果的控制系统是核电厂安全运行的关键。目前核反应堆控制系统的设计一般采用古典控制理论的方法,使用传递函数模型描述核反应堆系统。本文选择现代控制理论的设计方法,使用状态空间模型来描述核反应堆系统,并采用一种双线性系统的建模与控制方法对对压水堆的动态性能进行研究。双线性系统是一种结构最为简单的非线性系统,具有线性的状态变量和控制变量,其中非线性项由状态变量和控制变量的乘积项构成。控制变量通过叠加项与乘积项分别对系统产生控制效果,显然比只通过叠加项对系统状态产生控制的线性系统在控制效果上更优。本文选用等效单组缓发中子的点堆功态方程以及温度反馈方程,使用状态空间模型建立核反应堆堆芯的线性化与双线性模型。在多组典型工况下,仿真两种模型在动态过程中受到扰动后的反应堆重要参数变化情况,可以证明双线性模型的稳定性、可靠性更高,能够更好的描述堆芯系统。结合最优化理论,分别为堆芯系统设计线性与双线性的最优控制器。仿真结果表明,在对反应堆的控制上,双线性最优控制器的控制效果更优,研究结果令人满意。