Разработка и математическое моделирование многосвязных систем управления вертикальной скоростью, током и формой плазмы в ITER

• Автор: Коростелев, Александр Яковлевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ МАГНИТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЛАЗМОЙ В ТОКАМАКАХ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

1.1. Основные принципы магнитного управления плазмой в

ТОКАМАКАХ 1

1.2. Плазма в токамаке I как объект мап штмого управления.

1.3. Техническая постановка задачи

1.4. Краткий обзор систем магнитного управления плазмой в

ТОКАМАКАХ

1.5. Модели плазмы в токамаке и их численная реализация.

1.6. Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. СИСТЕМА С ПРОГНОЗИРУЮЩЕЙ МОДЕЛЬЮ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ФОРМОЙ И ТОКОМ ПЛАЗМЫ В ТОКАМАКЕ
2.1. Постановка задачи
2.2. Управление с прогнозирующей моделью в обратной связи
2.3. Прогнозирование выхода объекта управления
2.4. Оптимальное управление в отсутствии ограничений
2.5. Учт ограничеНИй на управляющие воздейс гвия
2.6. Моделирование системы управления формой и током ПЛАЗМЫ НА коде I ПРИ действии возмущений типа малого
2.7. Выводы ПО ГЛАВЕ 2
ГЛАВА 3. КАСКАДНАЯ СИСТЕМА СЛЕЖЕНИЯ ЗА ТОКОМ И ФОРМОЙ ПЛАЗМЫ В ТОКАМАКЕ С РАЗВЯЗКОЙ КАНАЛОВ УПРАВЛЕНИЯ НА СТАДИИ ВВОДА ПЛАЗМЕННОГО ТОКА
3.1. Постановка задачи
Стр.
3.2. Скалярный контур управления вертикальной скоростью ПЛАЗМЫ
3.3. Синтез внутреннего многомерног о кон тура управления токами в обмотках полоидлльного магнитного поля.
3.4. Синтез внешнего каскада управления током и формой плазмы с многомерным ПИрег улятором с двойным интегрированием.
3.5. Моделирование каскадной системы управления с развязкой каналов на коде ЕШД на стадии взода тока плазмы
3.6. Управление током и формой плазмы при наличии ограничений на токи в управляющих обмотках1
3.7. Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. ИНТЕГРИРОВАННАЯ ПРОГРАММНОВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАЗМОЙ ГОКАМАКОВ В СРЕДЕ МЛТЬАВМиЫХК.
4.1. Назначение платформы.
4.2. Описание 8мьхгхк.схемь
4.3. МФАЙЛЫ В СОСТАВЕ ПЛАТФОРМЫ 1
4.4. МАТФАЙЛЫ В СОСТАВЕ ПЛАТФОРМЫ 1
4.5. Ключевые переменные рабочего пространства МАТЬАВ
4.6. Работа платформы с моделями плазмы и реальной установкой.
4.7. Выводы ПО ГЛАВЕ 4
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Я. разработана многосвязная каскадная система слежения за током и формой плазмы в гокамаке с развязкой каналов управления. Проведено моделирование разработанной системы на линейной и нелинейной моделях плазмы в токамаке. Коростелевым А. Я. реализована методика корректировки плазменного разряда сценария ITER с учетом работы замкнутой системы управления в численном экспериемнте на коде DINA. Коростелевым А. Я. путём идентификации по данным численного эксперимента на коде DINA построена линейная модель второго порядка вертикального движения плазмы с достаточно высокой степенью точности. Коростелёвым А. Я. подготовлен ряд материалов для обзора истории, текущего состояния и перспектив развития систем магнитного управления плазмой в токамаках. Коростелёвым А. Я. разработан внутренний каскад управления токами в обмотках полоидального магнитного поля, входящий в состав общей многосвязной системы управления током и формой плазмы. Коростелёвым А. Я. разработан одномерный прогнозирующий регулятор с учетом насыщения входного сигнала для стабилизации вертикального положения плазмы в токамакс и осуществлено математическое моделирование разработанного регулятора на линейной модели плазмы в замкнутой системе управления. Апробация и внедрение результатов. Студенческая научная весна - , , », МГТУ им. II. Concertation Meeting on Control of Large-Scale Systems (CLaSS), March 2, , European Commission, Avenue de Beaulieu , Belgium, Brussels. Список публикаций. Основные результаты диссертации опубликованы в журналах из перечня ВАК РФ: «Проблемы управления» [1 ], «Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Приборостроение» [2] и «Физика плазмы» [3]. Остальные работы опубликованы в грудах международных [4-] и российских конференций [-], а также в итоговом отчете РФФИ по проекту № 5-а []. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка цитируемой литературы из наименования. Работа содержит 0 страниц, включает рисунков и 5 таблиц. Глава 1. Термоядерная энергетика основана на использовании энергии, выделяемой при протекании ядерной реакции синтеза тяжелых ядер из более легких. Для того, чтобы эта реакция произошла, исходные ядра должны преодолеть силу электростатического отталкивания - так называемый кулоновский барьер, для чего они должны иметь большую кинетическую энергию. Поэтому для устойчивого протекания реакции синтеза нужна большая температура (порядка 0 млн. Кельвина). Одной из наиболее просто осуществимых термоядерных реакций является слияние ядер дейтерия и трития (изотопов водорода), при котором образуется ядро гелия (альфа-частица) и энергетический нейтрон. Токамаки являются наиболее перспективными устройствами, в которых могут быть обеспечены условия для управляемого термоядерного синтеза [-]. Принцип действия токамака основан на удержании высокотемпературной плазмы (ионизованного газа) с помощью сильных магнитных полей. При этом силы давления плазмы уравновешиваются силами магнитного происхождения. Упрощенная принципиальная схема токамака показана на рис. Катушки тпрпие)лннО? Рис. ПолсиОаг. Тороидальное поле ИлаХиа с токсм 7Г (в-. Катушки, расположенные в центре токамака, называют центральным соленоидом или первичной обмоткой. Ток плазмы порождается с их помощью как в трансформаторе, в котором плазма играет роль вторичной обмотки. Полоидальное магнитное поле создаётся как током самой плазмы (протекающим в тороидальном направлении), так и токами в катушках центрального соленоида и полоидального поля. Тороидальное магнитное поле, создаваемое токами в катушках тороидального поля, обычно имеет на порядок большую величину, чем полоидальное. В сумме тороидальная и полоидальная компоненты образуют результирующее винтовое магнитное поле. V - сё скорость, у - заряд, В - магнитное поле. Под действием этой силы частицы плазмы в камере чокамака движутся по траекториям, имеющим форму спиралей. Рис. Система координат, используемая при описании динамических процессов в токамаках, показана на рис. О - полоидальный угол.