文档介绍：华中科技大学硕士学位论文
摘要
托卡马克(tokamak)核聚变研究对于开发核聚变能具有重要意义。对于现有
的中国环流器二号装置(HL-2A),要想增加等离子体电流,获得高参数等离子体,
必须将 HL-2A 装置升级改造成 HL-2M 装置。
等离子体的位形控制是 HL-2M 升级改造的重要工程问题。垂直截面拉长使等离
子体具有内在的垂直不稳定性,为了避免等离子体的逃逸破裂,必须控制等离子体
垂直不稳定性。而要使等离子体具有先进的位形,就必须进行等离子体形状控制。
本文对 HL-2M 控制等离子体垂直不稳定性的被动板和主动线圈进行了概念设计,
对等离子体响应模型中的参数进行了数值计算,设计 PID 和自适应控制系统进行仿
真,后者能够将垂直位移最大为 5cm 的等离子体控制到中平面,说明了被动板和主
动线圈设计的合理性。并期望将自适应控制方法应用到 HL-2A 装置的垂直位移控
制实验中。对托卡马克装置形状控制进行了调研,选择适用于 HL-2M 形状控制的
等离子体响应模型(RZIP 模型)和 PID 控制器以及 H 鲁棒控制器。主要设计了解耦
的 PID 控制系统并进行仿真,编写了等离子体形状控制代码输入文件,计算等离子
体形状响应模型。将 PID 控制和形状代码应用到 HL-2M 的控制中,为等离子体形
状控制问题探索了一条道路。文章最后作了总结,并提出了对下一步工作的计划和
建议。本文的研究工作对今后的 HL-2M 等离子体控制系统的工程设计和理论研究
提供了一定的意义和作用。
关键词:位形控制 PID 控制自适应控制
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
The research of tokamak is very important to develop the fusion power. In order to
obtain big plasma current and high performance parameters, the HL-2A device should be
updated to HL-2M.
The most important engineering problem for the update of HL-2M is the plasma
position and shape control. The plasma with vertically elongated poloidal section is
unstable. To avoid the plasma escaping and breaking, the vertical instability must be
controlled firstly. And it’s also necessary to control the plasma shape to get advanced
shape. This paper describes the design of the passive plates and the active control coils
for the plasma vertical instability control of HL- parameters for the plasma
response model are calculated. The PID and adaptive control systems are designed and
simulated, the latter one is able to control the plasma from the maximal displacement
5cm to the middle plane, which prove that the design of the passive plates and the active
coils is rational. The adaptive controller is also supposed to control the vertical
movement in the experiments of HL-2A. This work adopts an appropriate plasma
response model (RZIP), the PID and H robust controllers for the HL-2M shape
control. The decoupling PID control system is de