一种快速、精确的托克马卡等离子体密度先进控制技术研究

Plasma density is one of the most important parameters in fusion research. Realizing real-time, precise and effective control for plasma density is an important factor to achieve long time steady-state plasma discharge in tokamaks. A popular method based on the traditional PID algorism has been developed and used in the native and many abroad advanced tokamak devices through controlling the action of the puffing valve to puff the devices during the discharge, which can not achieve a precise real-time control for the plasma density. In order to control the plasma density of toakamak, the control arithmetic and control policy of plasma density feedback control system will be optimized in order to obtain a more precise and effective real-time control method rather than the usual one in the plasma density researches in this project. Specially, we use neural networks theory to design a kind of Artificial Neural Network Controller of PID to build a intelligent control system of the plasma density of electron for plasma discharge. In the aspects of the data collection and the output control, we treat the experimental data intelligently and calculate out the pulse for controlling according to the intelligent feedback control algorism. The work of this project is of importance in theory and experiment, which can provide an useful reference for the future ITER device.

等离子体电子密度是表征等离子体特性的重要参数之一，在托卡马克实验中，实现对等离子体密度的实时、精确和有效的控制是托卡马克长时间稳态运行的一个关键。目前国内外很多先进托卡马克装置采用传统的PID控制算法，通过控制充气阀门在放电过程中对装置进行充气从而完成对等离子体密度的控制，该方法无法对等离子体密度做到精确、实时的控制。本项目研究将基于神经网络的设计思路，以能够在放电过程中根据装置中的密度状态实时的对控制参数进行调整为目的，搭建基于上、下位机形式的先进等离子体密度智能化控制系统，采用目前最先进的三波偏振干涉仪测量密度，用超声分子束在放电过程中反馈进气，在数据处理和控制输出上，将对采集数据进行智能化处理，按照智能的反馈控制算法，计算出控制脉冲，进而实现对等离子体电子密度实时、精确和有效的控制。本项目具有非常重要的理论和实际意义，其上的研究工作可为将来的ITER装置提供可以直接应用和参考的结果。

等离子体密度是表征托卡马克等离子体特性参数的重要参数之一，对等离子体密度进行精确控制对托卡马克装置放电至关重要。目前国内外很多先进托卡马克装置采用传统的PID控制算法，通过控制充气阀门在放电过程中对装置进行充气从而完成对等离子体密度的控制，该方法无法对等离子体密度做到精确、实时的控制。为了实现对等离子体密度的精确控制，我们基于神经网络智能算法对PID控制参数进行调整，采用偏振干涉仪对等离子体密度密度进行测量，搭建了基于上、下位机形式的先进等离子体密度智能化控制系统。其中，偏振干涉仪采用了三波技术可以实现对等离子体电流剖面和密度剖面的测量，通过对密度信号进行处理，获得了较为精确的密度测量信号；用超声分子束在放电过程中快速充气，对等离子体密度进行了有效控制；在数据处理和控制输出上，对采集数据进行了智能化处理，然后利用神经网络算法对PID控制参数进行调整，从而控制充气脉冲，进而实现了对等离子体电子密度实时、精确和有效的控制。本项目具有非常重要的理论和实际意义，其上的研究工作可为将来的CFETR装置提供可以直接应用和参考的结果。