EAST快速控制电源灰色PID预测研究

发布时间：2020-10-11 17:55

　　 本课题主要致力于研究托卡马克装置等离子体垂直不稳定位移主动反馈预测控制。超导托卡马克装置利用磁约束和真空隔热来实现受控核聚变,并使得磁约束位形的连续稳态运行成为现实。高的拉长比对等离子体放电有促进作用,但当等离子体被拉长后,垂直方向上将会不稳定,这是超导托卡马克装置必须要克服的问题。当前的解决方法是利用EAST快速控制电源对真空室内的主动反馈线圈进行快速励磁控制,产生的磁场约束等离子体,从而达到维持等离子体稳定性的目的。然而主动反馈电源采用的控制方式是滞后控制,控制效果不佳。为了解决EAST快控电源控制应用过程中的延时,本文提出了基于灰色预测GM(1,1)模型与时变PID控制相结合的解决办法。在实验过程中对EAST装置的主动反馈控制信号实现新陈代谢灰色滤波及单步预测,将反馈测量值替换为预测值进入到PID控制算法中,运用时变计算公式在线调整PID控制参数。基于MATLAB对快控电源反馈控制系统搭建仿真模型验证该方案的可行性,并使用以TMS320F2812型DSP为主控芯片的EAST快控电源支路控制器进行实验。仿真与实验的结果验证了 GM(1,1)预测与时变PID控制算法可以实现超前调节,并且提升了主动反馈控制响应性能。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TL631.24
【部分图文】：

ＨＴ－６Ｂ装置、ＨＴ－６Ｍ装置、ＨＬ－１装置等。ＨＴ－７装置在２０００年的实验放电时间??超过了?１０ｓ，标志着中国在这个重大基础理论研究领域进入了世界先进行列［４］［５］。??Ｔｏｋａｍａｋ装置图如图１．１所示。??图１．１?Ｔｏｋａｍａｋ装置原理图??Ｆｉｇｌ．ｌ?Ｔｏｋａｍａｋ?ｔｈｅｏｒｙ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??１．２?ＥＡＳＴ装置简介??在已有设备的基础上改造，中国科学院等离子体物理研究所自主设计并研制??成功“ＨＴ－７Ｕ全超导非圆截面Ｔｏｋａｍａｋ装置”，其在２００３年变更名称为ＥＡＳＴ［６］。??ＥＡＳＴ既便于发音记忆，又准确地表达了其科学含义，ＥＡＳＴ全称“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ??Ａｄｖａｎｃｅｄ?Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ?Ｔｏｋａｍａｋ”，中文含义“先进实验超导托卡马克”成为??国际上首个全超导Ｔｏｋａｍａｋ装置，ＥＡＳＴ装置如图１．２所示。??图１．２?ＥＡＳＴ装置图??Ｆｉｇｌ．２?ＥＡＳＴ?ｄｅｖｉｃｅ??２??

ＨＴ－６Ｂ装置、ＨＴ－６Ｍ装置、ＨＬ－１装置等。ＨＴ－７装置在２０００年的实验放电时间??超过了?１０ｓ，标志着中国在这个重大基础理论研究领域进入了世界先进行列［４］［５］。??Ｔｏｋａｍａｋ装置图如图１．１所示。??图１．１?Ｔｏｋａｍａｋ装置原理图??Ｆｉｇｌ．ｌ?Ｔｏｋａｍａｋ?ｔｈｅｏｒｙ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??１．２?ＥＡＳＴ装置简介??在已有设备的基础上改造，中国科学院等离子体物理研究所自主设计并研制??成功“ＨＴ－７Ｕ全超导非圆截面Ｔｏｋａｍａｋ装置”，其在２００３年变更名称为ＥＡＳＴ［６］。??ＥＡＳＴ既便于发音记忆，又准确地表达了其科学含义，ＥＡＳＴ全称“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ??Ａｄｖａｎｃｅｄ?Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ?Ｔｏｋａｍａｋ”，中文含义“先进实验超导托卡马克”成为??国际上首个全超导Ｔｏｋａｍａｋ装置，ＥＡＳＴ装置如图１．２所示。??图１．２?ＥＡＳＴ装置图??Ｆｉｇｌ．２?ＥＡＳＴ?ｄｅｖｉｃｅ??２??

高真空室、内外冷屏、外真空杜瓦瓶等。将少量氘或氚加入到真空室在中，由于??真空室内部有电场的存在，原子会击穿形成等离子体，加大其密度并升温，便会??产生非常多的能量，即为聚变反应［７］。装置内部结构如图１．３所示。??超导纵》体?超导中心螺管磁体丨?外杜瓦｜外冷屏１??＾——ａ」??ｊ?ＨＴ－７Ｕ超导卷卡马｝／〗装置?Ｉ??图１．３?ＥＡＳＴ装置内部结构??Ｆｉｇｌ?．３?Ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＥＡＳＴ?ｄｅｖｉｃｅ??真空室内部的第一壁部件直接面对等离子体。被动板结构、主动反馈线圈、??偏滤器、限制器等均为内部部件。这些部件给真空室壁提供保护，吸收等离子体??能量、控制等离子体位形，使等离子体在运动过程中受到约束［８］。ＥＡＳＴ装置高??１１ｍ，总质量大４００ｔ，总储能设计为３２０兆焦。１６个Ｄ形超导线圈组成环向场??磁体系统。Ｄ型纵场线圈每个线圈匝数为１３０，用２０．５ｍｍ的ＣＩＣＣ导体绕制而??成，工作电流为１４．３千安，磁体上的最高场强为５．８特斯拉。１４个极向场线圈??组成极向场磁体系统，使磁场快速变化，磁体最高场强为４．５特斯拉，磁通变化??量不少于１０伏秒，能更好地控制等离体子［９］。ＥＡＳＴ?
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄海宏;杨胜江;王海欣;;多逆变器并联在EAST装置中的应用[J];电子测量与仪器学报;2012年09期

2 黄海宏;杨仁增;王海欣;;基于灰色模型的多电平逆变器的预测控制[J];电子测量与仪器学报;2010年12期

3 王学林;姬长英;周俊;姜莉;顾宝兴;;基于灰色预测控制的果蔬抓取系统设计与试验[J];农业工程学报;2010年03期

4 魏少岩;吴俊勇;;基于灰色模型和Kalman平滑器的多母线短期负荷预测[J];电工技术学报;2010年02期

5 乔桂玲;张文明;薛山;冯雅丽;;深海行走机构灰色预测-模糊PID速度控制[J];煤炭学报;2009年11期

6 黄海宏;高格;付鹏;王海欣;颜世超;;三电平大功率并联逆变电源在EAST系统中的应用[J];核聚变与等离子体物理;2008年04期

7 刘凤君;;混合级联式多电平逆变器的原理与控制[J];电源技术应用;2007年08期

8 谢乃明;刘思峰;;离散灰色模型的拓展及其最优化求解[J];系统工程理论与实践;2006年06期

9 穆勇;具有白指数律重合性的GM(1,1)模型[J];数学的实践与认识;2002年01期

10 宋中民,同小军,肖新平;中心逼近式灰色GM(1,1)模型[J];系统工程理论与实践;2001年05期

相关博士学位论文 前1条

1 刘磊;EAST垂直位移被动稳定及主动控制模拟与实验研究[D];中国科学技术大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 常越萌;EAST快控电源RTLAB半实物仿真研究[D];合肥工业大学;2016年

2 刘丽娜;灰色GM（1,1）模型的优化及其应用[D];燕山大学;2014年

3 信涛;灰色关联理论在旅游机场旅客吞吐量预测中的应用研究[D];山东大学;2012年

4 肖自富;轧机机前推床同步控制系统研究[D];武汉科技大学;2010年

5 蔡敬海;机载光电稳定平台跟踪伺服系统研究[D];长春理工大学;2009年

6 宁卜;基于模糊聚类分析与最小二乘支持向量机的短期负荷预测[D];西安理工大学;2009年

7 刘琳;HL-2M等离子体位形控制研究[D];华中科技大学;2008年

8 张馨予;EAST等离子体击穿的模拟[D];合肥工业大学;2007年

9 张红卫;核能安全利用的法律制度分析[D];中国海洋大学;2006年

10 王礼恒;EAST装置内部磁体电磁问题的研究及主动控制线圈设计[D];合肥工业大学;2006年

本文编号：2836926