托卡马克等离子体垂直不稳定位移主动反馈预测控制研究

项目名称： 托卡马克等离子体垂直不稳定位移主动反馈预测控制研究

项目编号： No.11275056

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 黄海宏

作者单位： 合肥工业大学

项目金额： 86万元

中文摘要： 通过拉长等离子体截面形成偏滤器位形是提高托卡马克型磁约束聚变装置等离子体约束性能的有效方法，但会带来等离子体垂直不稳定性问题，目前的解决方案是通过快速电源对真空室内的主动反馈线圈进行快速励磁控制以产生对应的抑制位移磁场，该方式已被DIII-D、JET和EAST等托卡马克实验装置所使用，并且将应用到ITER装置上。由于主动反馈电源为滞后控制方式，故对于主动反馈电源响应和励磁能力的要求持续提高，以至很难达到。本项研究拟计算等离子体位移电磁参数，推导主动反馈线圈快速电源所需指标，在将灰色预测控制成功应用于多电平逆变器的基础上，采用灰色预测模型GM(1,1)对EAST装置主动反馈控制信号实现在线新陈代谢灰色滤波及单步预测，在线修正控制器PID参数，实现超前调节，提升主动反馈控制响应性能。本项研究可为国家大科学工程EAST和国际热核聚变实验堆ITER等离子体垂直不稳定位移问题提供解决方案和积累经验。

中文关键词： 托卡马克；等离子体；垂直不稳定位移；主动反馈控制；灰色预测

英文摘要： Elongating plasma cross-section to form divertor configuration is an effective method to improve the ability of magnetic confinement to plasma in Tokamak, but the corresponding problem of plasma vertical displacement instability must to be overcome. Current scheme is making fast control power supply to excite active feedback coils placed in vacuum vessel, which produces magnetic field to control plasma's displacement, which has accepted by DIII-D、JET and EAST and will be used in ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor). This is time-delay control mode to active feedback power supply, so the requirement to responding time and excitation ability of power supply is enhanced continuously, which is very difficult to reach. This item will calculate electromagnetism parameter of plasma displacement to deduce needed parameter of active feedback coils power supply. Based on successful application of grey pridiction to multilevel inverter, the grey model GM(1,1) is used to carry online metabolic grey filtering and one-step prediction of active feedback control signal, amend PID parameter of controller online, realize leading adjustment, which can improve active feedback cntrol capability. The study can supply solutions and accumulate experience to overcome plasma vertical displacement instability for nationa

英文关键词： Tokamak；plasma；vertical unstable displacement；active feedback；grey prediction