, Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург Pассмотpено pешение задачи идентификации (pеконстpукции) сложного динамического объекта с pаспpеделенными паpаметpами-плазмы в магнитном поле токамака-методами физики. Идентифициpуются (восстанавливаются) pавновесные pаспpеделения полоидального потока, тоpоидального тока и гpаница плазмы. Pеконстpукция пpоводится в темпе наблюдений по сигналам магнитной диагностики вне плазмы в дискpетные моменты вpемени. По восстановленным pавновесиям стpоятся линейные динамические модели плазмы в магнитном поле токамака. Pазpаботанные алгоpитмы pеконстpукции и постpоения линейных моделей пpименены к экспеpиментальным данным сфеpического токамака Глобус-М в пpогpаммно-вычислительной сpеде MATLAB и гpафической сpеде виpтуальных пpибоpов LabVIEW. Показывается, как алгоpитмы восстановления pавновесия и упpавления фоpмой плазмы, котоpые могут быть получены на основе линейных моделей, могут встpаиваться в экспеpиментальный стенд pеального вpемени для пpименения в физическом экспеpименте токамака. Ключевые слова: идентификация, токамак, pеконстpукция pавновесия плазмы, pаспpеделенные паpаметpы, фоpма плазмы, полоидальный поток, тоpоидальный ток, линейные динамические модели, стенд pеального вpемени УПРАВЛЕНИЕ СЛОЖНЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ 1 Pабота выпоëнена пpи поääеpжке ãpанта PФФИ № 14-08-00380А. 2 www.iter. org 3 www.tokamak.info
В вытянутых по вертикали токамаках для обеспечения работоспособности установок необходимо использовать системы управления положением плазмы как на лимитерной, так и на диверторной стадиях развития разряда. От качества этих систем зависят точность, быстродействие, устойчивость и надёжность управления не только положением плазмы, но также током и формой плазмы. Поэтому проблема разработки таких систем является важной и актуальной задачей современных токамаков. В данной работе по измеренным сигналам на магнитных петлях и поясах Роговского восстанавливается равновесие плазмы и относительно него строятся линейные мо-дели в малых отклонениях. Полученные модели позволяют синтезировать методами H -теории оптимизации системы управления вер-тикальным и горизонтальным положением плазмы, ориентированные на работу со структурной неопределённостью моделей объекта. Эти системы применяются к плазмофизическому коду ДИНА, настроенному на плазму в токамаке Глобус-М. Применение разработан-ных систем на коде ДИНА позволило выявить сложную динамику магнитной конфигурации плазмы при тестировании замкнутой сис-темы ступенчатыми функциями Хевисайда. Нахождение вблизи границы бифуркации в пространстве параметров неустойчивой плазмы дало возможность обнаружить скачкообразное изменение Х-точки с верхней на нижнюю и наоборот. Разработка методики восстановле-ния магнитной конфигурации плазмы по данным магнитной диагностики наряду с опытом создания систем с обратной связью для управления плазмой в токамаках обеспечило возможность синтезировать новые цифровые регуляторы для стабилизации вертикального и горизонтального положения плазмы. Это также позволило провести тестирование синтезированных цифровых регуляторов в замкнутом контуре системы управления положением плазмы, содержащей в качестве нелинейной модели плазмы код ДИНА.Ключевые слова: токамак, управление, восстановление равновесия плазмы, линейные модели, H ∞ -регуляторы, бифуркация. In order to provide efficient performance of tokamaks with vertically elongated plasma a position control system for limited and diverted plasma configuration is required. The accuracy, stability, speed of response, and reliability of plasma position control as well as plasma shape and current control depend on the performance of the control system. Therefore, the problem of the development of such systems is an important and actual task in modern tokamaks. In this study, the measured signals from the magnetic loops and Rogowski coils are used to reconstruct the plasma equilibrium, for which linear models in small deviations are constructed. We apply methods of the H ∞ optimization theory to synthesize control system for vertical and horizontal position of plasma, capable to work with structural uncertainty of the models of the plant. These systems are applied to the plasma-physical DINA code which is configured for the tokamak Globus-M plasma. The testing of the developed systems applied to DINA code with Heaviside's step functions have revealed the complex dynamics of plasma magnetic configurations. Bein...
The paper deals with the identification of plasma equilibrium reconstruction in D-shaped tokamaks on the base of plasma external magnetic measurements. The methods of such identification are directed to increase their speed of response when plasma discharges are relatively short, like in the spherical Globus-M2 tokamak (Ioffe Inst., St. Petersburg, Russia). The new approach is first to apply to the plasma discharges data the off-line equilibrium reconstruction algorithm based on the Picard iterations, and obtain the gaps between the plasma boundary and the first wall, and the second is to apply new identification methods to the gap values, producing plasma shape models operating in real time. The inputs for on-line robust identification algorithms are the measurements of magnetic fluxes on magnetic loops, plasma current, and currents in the poloidal field coils measured by the Rogowski loops. The novel on-line high-performance identification algorithms are designed on the base of (i) full-order observer synthesized by linear matrix inequality (LMI) methodology, (ii) static matrix obtained by the least square technique, and (iii) deep neural network. The robust observer is constructed on the base of the LPV plant models which have the novelty that the state vector contains the gaps which are estimated by the observer, using input and output signals. The results of the simulation of the identification systems on the base of experimental data of the Globus-M2 tokamak are presented.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.