托卡马克是一种磁约束核聚变实验装置,现代大型托卡马克装置由大量子系统构成,规模庞大,实验流程复杂。为了确保托卡马克装置正常运行,必须有一套控制系统来控制、协调这些子系统,使实验顺利进行,产生符合实验要求的等离子体,并获取、存储实验产生的数据供研究人员分析和处理。因此先进的托卡马克装置控制系统及相关控制技术研究具有重要意义。 本文结合国际热核聚变实验堆(ITER)控制系统设计方案论述了现代大型托卡马克控制系统的需求,研究了控制系统设计与关键实现技术,设计实现了J-TEXT控制、数据访问与通讯(COntrol Data Access and Communications, COD AC)系统,并在此基础上探索了可应用于未来托卡马克装置的控制系统与技术。 本文重点研究了托卡马克控制系统的结构设计、控制系统集成软件框架设计以及数据采集与实时控制技术。本文通过对控制系统进行抽象与封装,设计了一套以结构化方式描述的控制系统模型,同时给出了该模型下的控制系统结构设计方法。本文设计了一个自组织去中心化的控制系统框架,并对控制系统组件的通用功能进行了抽象。在上述研究基础上完成了J-TEXT物理实验与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System, EPICS)集成控制软件框架的开发,提高了基于EPICS的控制系统的开发效率；研制了一套基于面向仪器的外设扩展总线(PXI/PXIe)硬件与LabVIEW-RT软件的实时控制与数据采集框架；研究了基于可编程逻辑门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)的实时高速采集与实时数据处理系统。 本文根据J-TEXT控制系统的应用需求,设计并实现了J-TEXT CODAC系统。J-TEXT CODAC系统主要特点包括：采用自组织去中心化结构设计；使用与ITER相同的EPICS通道访问(Channel Access)控制网络协议；使用J-TEXT EPICS软件框架开发；采用标准化的控制系统设计模板,实现基于PXI/PXIe硬件LabVIEW-RT软件的数据采集与实时控制系统,以及基于FPGA的高速采集与实时信号处理技术；使用了基于CompactRIO控制器的连锁保护技术,基于FPGA的时序控制与同步技术,以及基于超文本传输协议(HTTP)服务的远程参与技术。在J-TEXT CODAC系统开发经验的基础上,本文探索性地研究了基于HTTP面向服务的集成控制系统框架与协议,研究了基于云存储技术的实验数据存储系统,并设计了原型系统。 本文研发的J-TEXT CODAC系统目前已经部署于J-TEXT装置,在日常实验中运行良好。本文研究的托卡马克控制系统设计方法与技术,消化吸收了部分ITER现有技术,对其进行了实际测试与应用。本文同时创新性地对未来控制系统技术进行了探索性研究与实验,为未来大型托卡马克装置控制系统的设计与研制提供了参考。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：TL631.24
【部分图文】：
ASDEX-U控制系统结构图
简称HMI)。图L3所示为KSTAR集成控制系统整体框图。KICS主要是由一个监控系统和很多分散在子系统中的本地控制以及连锁保护安全系统组成。其监控系统主要包含实验流程控制系统、等离子体控制系统、时钟同步系统以及数据存储管理与访问系统。它负责托卡马克运行的关键协调工作。
马克装置流行的多线程应用程序执行器（Multithreaded Application Real-Timeexecutor，简称MARTe) 实时框架，另一种是DIII-D开发的等离子体控制软件框架[29]。图1.4展示了 KSTAR为ITER CODAC评估技术搭建的送气系统与密度反馈系统框图。
【参考文献】
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本文编号：
2860957
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