Комплексная разработка и применение адаптивных автоколебательных и робастных систем управления плазмой в термоядерных установках

• Автор: Митришкин, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 398 с. : ил.

1 ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАЗМОЙ В ТЕРМОЯДЕРНЫХ УСТАНОВКАХ

1.1 Задачи идентификации и управления плазмой в токамяках и открытой

магнитной ловушке

1.2 Методология комплексной разработки систем управления плазмой

1.2.1 Общая концепция разработки систем управления плазмой

1.2.2 Этапы комплексной разработки систем управления

1.3 Методы адаптации в автоколебательных системах управления

1.3.1 Адаптивные автоколебательные системы

1.3.2 Методы адаптации с автоколебаниями

1.4 Методы робастного управления

1.4.1 Сигналы и системы

1.4.2 Постановка задачи робастного управления
1.4.3 Методы решения проблемы Н„ оптимизации
1.5 Выводы по главе 1
2 ИДЕНТИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАЗМОЙ
2.1 Идентификация модели желобковых колебаний плазмы с релаксационными
колебаниями плотности
2.1.1 Желобковая неустойчивость плазмы в установке Огра-3
2.1.2 Линейная модель одной моды желобковых колебании плазмы
2.1.3 Модель одной моды с релаксационными колебаниями плотности плазмы
2.2 Идентификация моделей горизонтальных и вертикальных смещений плазмы
в токамаках
2.2.1 Концепция токамака
2.2.2 Модели плазмы в токамаке с распределением токов на камере
2.2.3 Идентификация модели горизонтального движения плазмы
2.2.4 Идентификация модели вертикального движения плазмы
2.2.5 Лемма и теорема о точности аппроксимации моделей
2.3 Линеаризация мпогосвязной модели формы п тока плазмы в ИТЭР
2.3.1 Задача управления плазмой в ИТЭР
2.3.2 Линеаризованная модель формы и тока плазмы в ИТЭР
2.4 Идентификация моделей исполнительных устройств

2.4.1 Идентификация моделей инверторов напряжения
2.4.2 Идентификация модели многофазного выпрямителя напряжения
2.5 Выводы по главе 2
3 АДАПТИВНАЯ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПЛОТНОСТИ ПЛАЗМЫ В ОТКРЫТОЙ МАГНИТНОЙ ЛОВУШКЕ
3.1 Алгоритмы автоматической оптимизации систем с пороговым критерием качества
3.1.1 Способ автоматической оптимизации
3.1.2 Алгоритмы однопараметрической оптимизации
3.1.3 Алгоритмы многопараметрической оптимизации
3.2 Аналитическое исследование автоколебательных систем автоматической оптимизации с пороговым критерием качества
3.2.1 Оценка точности и быстродействия поиска
3.2.2 Доказательство сходимости поиска к локальному экстремуму пороговой
функции качества
3.3 Автоматический оптимизатор для настройки угла фазирования
3.3.1 Постановка задачи
3.3.2 Блок-схема автоматического оптимизатора
3.3.3 Принцип действия автоматического оптимизатора
3.4 Результаты верификационных исследований системы автоматической оптимизации плотности плазмы в открытой магнитной ловушке, эксперименты на установке Огра-3
3.4.1 Временные диаграммы поиска
3.4.2 Результаты экспериментов на плоскости “плотность - угол фазирования”
3.5 Выводы по главе 3
4 АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО ОЦЕНИВАНИЯ КООРДИНАТНОГО ВОЗМУЩЕНИЯ И ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ ПЛАЗМЫ В ТОКАМАКАХ
4.1 Идентификатор состояния для непрерывного оценивания координатного возмущения
4.1.1 Постановка задачи
4.1.2 Идентификатор состояния и ошибки оценивания
4.2 Адаптивные системы оценивания координатного возмущения и параметров модели плазмы
4.2.1 Непрерывное оценивание коэффициента усиления
4.2.2 Непрерывное оценивание постоянной времени
4.2.3 Совместное непрерывное оценивание параметров
4.2.4 Дискретное оценивание параметров

4.3 Физический смысл моделей смешения плазмы с сосредоточенными параметрами
4.3.1 Модель горизонтальных смещений плазмы
4.3.2 Модель вертикальных смещений плазмы
4.4 Модельная и экспериментальная верификация систем оценивания параметров плазмы
4.4.1 Моделирование системы оценивания параметров плазмы в токамакс Т-14
4.4.2 Эксперименты на токамаке Туман-3
4.5 Выводы по главе 4
5 РЕЛЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ПЛАЗМЫ В ТОКАМАКАХ
5.1 Релейные автоколебательные системы управления горизонтальным положением плазмы в токамаках с линейными регуляторами
5.1.1 Постановка задачи, устойчивость и критерии качества управления
5.1.2 Система с ПД-рсгулятором токамака Т-14
5.1.3 Система с П-регулятором токамака Туман-3
5.2 Релейная автоколебательная система компенсации неконтролируемого возмущения
5.2.1 Синтез закона компенсации
5.2.2 Моделирование системы компенсации на моделях токамака Т-14
5.2.3 Эксперименты на токамаке Туман-3
5.3 Минимизация модуля ошибки стабилизации горизонтального положения плазмы токамака в релейной автоколебательной системе со стационарным регулятором
5.3.1 Постановка задачи
5.3.2 Блок-схема системы управления ТВД
5.3.3 Эксперименты на установке ТВД
5.4 Релейная система управления неустойчивым вертикальным положением плазмы в токамаке
5.4.1 Постановка задачи
5.4.2 Область управляемости
5.4.3 Оптимизация фазовых ограничений
5.4.4 Применение результатов оптимизации в ИТЭР
5.5 Выводы по главе 5
6 АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ МИНИМИЗАЦИИ АМПЛИТУДЫ АВТОКОЛЕБАНИЙ СМЕЩЕНИЙ ПЛАЗМЫ В ТОКАМАКАХ
6.1 Оптимальные автоколебания в релейных системах с апериодическими объектами второго порядка
6.1.1 Постановка задачи
6.1.2 Структурные схемы объектов
6.1.3 Уравнения фазовых траекторий
1 Задачи и методы управления платной в термоядерных установках

некоторой ограниченной области пространства состояний, но в целом являются устойчивыми. Их поведение позволяет исследовать метод "замороженных” коэффициентов.
Системы класса ААС являются системами дуального управления [120]. В них управляющие воздействия имеют двойственный характер, т. е. одновременно являются изучающими и направляющими. Это следует из того, что, во-первых, на верхнем, адаптивном уровне могут применяться устройства для определения состояний и параметров объекта в темпе наблюдения. Такими устройствами, в частности, могут быть адаптивные идентификаторы состояния, параметры модели в которых автоматически подстраиваются к параметрам объекта [43]. В ААС с идентификацией входное воздействие на частотах автоколебаний используется одновременно для тестирования объекта ■ и управления им. Во-вторых, в случае оптимизации в ААС методом автоматического поиска с помощью автоколебаний одновременно определяется направление и производится движение в сторону экстремума функции качества. При этом автоколебания представляют собой совмещенные пробные и рабочие движения.
1.3.2 Методы адаптации с автоколебаниями
Поставленные задачи управления плазмой в магнитных ловушках привели в процессе их решения с помощью ААС к разработке совокупности методов адаптации с автоколебаниями. Эти методы позволили решить поставленные задачи и получить основные результаты в классе ААС.
Метод управления по опенке неконтролируемого координатного возмущения. Данный метод разработан для компенсации координатного возмущения, приложенного к входу объекта. Для этого формируется входное воздействие исполнительного устройства по средней составляющей процесса автоколебаний основного контура АСС. Это воздействие пропорционально непрерывной оценке аддитивного возмущения, умноженной на обратную величину известной передаточной функции