佳拉洁雅型磁约束装置实时监测系统的设计与实现

发布时间：2020-11-10 13:50

　　 核聚变作为一种蕴含着巨大能量的能源利用方式有着广阔的前景和重大的研究价值,但因未能很好地解决聚变时的粒子约束问题而无法实现可控核聚变。佳拉洁雅(Galatea)装置是一种非托卡马克型的磁约束装置。为了更好地对佳拉洁雅装置进行研究,构建其监测系统以监测装置中相关参数的变化,对掌握装置运行过程的动态行为以及基于此的理论与技术分析具有重要意义。本文设计并实现了佳拉洁雅装置的实时监测系统。首先,对佳拉洁雅装置的总体结构模型化,分析了装置各部分的结构及其运行原理,确定了装置中各部分的相关参数。对监测系统进行了需求分析,设计了用于佳拉洁雅装置参数监测的磁探针和朗缪尔探针的结构,分别对这两种探针的测量原理进行了理论分析,确定了探针的安放位置,并对探针的调理电路进行了设计。其次,对单路信号的采样起始时刻进行了分析,对装置中分时交错采样的可能性进行了论证。设计了交错采样的触发脉冲以及交错采样的软硬件构成和信号输入方式;建立了交错采样信号的重构模型,采用改进正则化的曲线拟合方式来重构信号,实现了对等离子体信号的交错采样及重构。然后,结合装置中噪声的特点对现有的用于装置探针信号的滤波算法进行了分析。提出了一种适用于实时监测系统中含噪等离子体信号的经验模态分解-无迹卡尔曼(EMD-UKF)复合滤波算法。针对EMD分解中出现的端点效应、模态混叠等问题进行了研究,改进了UKF算法,提高了其稳定性;对改进算法进行了仿真分析,验证了其滤波效果。最后,设计了过电压和过电流保护模块,以及基于UML的监测系统软件逻辑和框架;对监测系统的上位机软件进行LabVIEW实现。构建了用户登录系统,实现了权限控制和运行保护。建立了参数设置和采集系统,实现了装置中的原始电流及电压信号的采集,通过上位机处理得到了等离子体相关参数。设计数据库接口,将监测系统与数据库连接;编写了上位机界面程序,通过局域网构建远程操作模块实现了监测操作和装置环境的分离;对整个实时监测系统进行了功能验证,证明其实现应具有的相关功能。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TL631
【部分图文】：

整个佳拉洁雅装置的运行环境必须为真空，因此装置的主要组成部分均应安放在真空罐中，真空罐的结构框图如图2-2 所示。法兰接口 航空插座高压电极真空罐观察窗规管插板阀+分子泵机组多极磁阱全等离子体通道供气电磁阀等离子体枪图 2-2 真空罐结构示意图探针通过法兰盘伸入罐体以进行信号监测。脉冲电源则通过航空插座对真空罐供电。其正常工作时内部气压很低，约为 10-4Pa 量级。真空罐的实物图如图 2-3 所示。图 2-3 真空罐实物图- 9 -

要组成部分均应安放在真空罐中，真空罐法兰接口 航空插座高压电真空规插板阀+多极磁阱全等离子体通道体枪图 2-2 真空罐结构示意图伸入罐体以进行信号监测。脉冲电源则通作时内部气压很低，约为 10-4Pa 量级。真

佳拉洁雅装置通道实物图
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本文编号：2878004