HL-2M等离子体控制系统设计与实现
发布时间：2021-01-10 08:39
受控核聚变是产生可持续能源的重要途径,托卡马克是一种实施受控核聚变反应的装置。HL-2M是一个具有多种等离子控制模块的托卡马克装置。等离子体控制是进行托卡马克实验的必要条件,为了保证等离子体的稳定性,需要一套高速可靠的控制系统来对等离子体的位形、动力学参数、不稳定性等进行实时控制,产生符合实验要求的等离子体,并且可以获取、存储实验产生的数据供研究人员分析。本文结合HL-2M等国内外热核聚变实验装置论述了等离子体控制系统的功能和性能需求,并对其关键技术进行研究,在研究的基础上设计实现了模块化的等离子体控制系统。在该系统中,各种等离子体控制策略以模块的形式进行开发和集成,采用抽象化的方法对模块进行规范化管理,利用实时操作系统设计实现了实时多线程并行框架为模块提供运行环境;在系统框架的基础上开发了多个等离子体控制模块,并在HL-2A等离子体实验中对各模块进行功能和性能测试;设计了多个非实时服务为等离子体控制系统提供了支撑功能。本文设计的系统利用多核多线程技术设计并实现了实时多线程并行框架,通过线程与内核亲和性设置、线程同步等手段保证了框架的稳定性和实时性。通过对等离子体各种控制策略进行抽象化...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１托卡马克装置示意图??经过几千年的发展，托卡马克实验己经取得了极大的进展，国内外各托卡马克装??
多数研究受控核聚变采用的实验装置。它是由苏联库尔恰托夫研究所在２０世纪５０?＜??？?年代发明的。如图１．１所示，托卡马克是由中央的真空室、环向场线圈和极向场线圈??构成的。真空室是等离子体进行反应的容器；环向场线圈用于产生环向磁场使得等离??子体沿着环向运动从而起到约束等离子体的作用；极向场线圈产生极向磁场用于控??制等离子体的位置形状等特性。当线圈通电时，托卡马克内部会产生巨大的螺旋状磁??场，可将等离子体加热到很高的温度Ｗ满足聚变条件，同时将等离子体约束在真空??室内部。??ＡＮＳＦＯＲＭＥＲ?ＣＯＩＬ??ＣＯＩＬＳ?ＦＩＥＬＤ?ＣＯＩＬ??ＰＬ?ＡＳＭ?Ａ?ＣＵＲ?ＲＥＮ?Ｔ?ＰＬＡＳＭＡ?ＭＡ?６ＭＥ?ＴＩＣ?ＦＩＥＬ?Ｄ?Ｌｉ?Ｗ?巨??图１．１托卡马克装置示意图??经过几千年的发展，托卡马克实验己经取得了极大的进展，国内外各托卡马克装??畳分别研究出了受控核聚变的众多问题ＰＵ。例如美国ＴＦＴＲ托卡马克获得了聚变堆??规模的気－氣（Ｄ－Ｔ）等离子体约束、加热及ａ粒子物理的特有信息，Ｗ及在实验环境??２??
合环（ＪＥＴ：?Ｊｏｉｎｔ?Ｅｕｒｏｐｅａｎ?Ｔｏｒｕｓ）是目前世界上最大的托卡马质为原料的等离子体实验【３７，３８］。ＪＥＴ装畳的规模与ＩＴＥＲ最为ＩＴＥＲ的设计提供参考，例如ＪＥＴ试验了福射偏滤器的概念，降低ＩＴＥＲ偏滤器郎板上的平均功率负荷；成功试验了各种ＩＣ其可用于ＩＴＥＲ和聚变堆；ＪＥＴ第一壁材料和偏滤器材料与ＩＴ前各种运行模式的可用性。??离子体控制系统采用分布式控制的原理，其磁控制主要包括和垂直不稳定性控制，前者负责获得预想的等离子体位置、形种拉长型等离子体的垂直稳定性。ＪＥＴ等离子体控制系统的ｌｔｉ－ｔｈｒｅａｄｅｄ?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ?巧ｅｃｕｔｏｒ）［ｗ］，是一个多线程的是将等离子体控制的各个环节模块化，在控制过程中将这些．３所示，在ＭＡＲＴｅ中，所有的模块共享数据，并且模块可Ｗ，送是因为其建立了一个跨平台的接曰库，库中的代码可Ｗ在
【参考文献】：
期刊论文
[1]Development of the simulation platform between EAST plasma control system and the tokamak simulation code based on Simulink[J]. 王森,袁旗平,肖炳甲. Plasma Science and Technology. 2017(03)
[2]磁惯性约束聚变:通向聚变能源的新途径[J]. 杨显俊,李璐璐. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(11)
[3]HL-2A的中央逻辑控制PLC环网设计[J]. 孙江,夏凡,王明红. 计算机测量与控制. 2016(06)
[4]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚. 物理. 2016(02)
[5]J-TEXT托卡马克扰动场线圈控制撕裂模的实验研究[J]. 丁永华,金海,饶波,胡启明,王能超,庄革. 高电压技术. 2015(09)
[6]EAST超导托卡马克[J]. 万宝年,徐国盛. 科学通报. 2015(23)
[7]反射内存网络在托卡马克装置快控制器中的应用[J]. 翁楚桥,张明,刘睿,郑玮,庄革. 原子能科学技术. 2014(03)
[8]ITER计划与聚变能发展战略[J]. 张一鸣,曾丽萍,沈欣媛,张利,丁亚清,肖成馨,康卫红,王海. 核聚变与等离子体物理. 2013(04)
[9]Investigation of impurity transport using supersonic molecular beam injected neon in HL-2A ECRH plasma[J]. 崔学武,崔正英,冯北滨,潘宇东,周航宇,孙平,傅炳忠,卢平,董云波,高金明,宋绍栋,杨青巍. Chinese Physics B. 2013(12)
[10]多核多线程技术综述[J]. 眭俊华,刘慧娜,王建鑫,秦庆旺. 计算机应用. 2013(S1)
博士论文
[1]托卡马克装置控制系统设计与技术研究[D]. 郑玮.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]撕裂模研究及磁岛结构反演[D]. 季小全.华中科技大学 2006
本文编号：2968415
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１托卡马克装置示意图??经过几千年的发展，托卡马克实验己经取得了极大的进展，国内外各托卡马克装??
多数研究受控核聚变采用的实验装置。它是由苏联库尔恰托夫研究所在２０世纪５０?＜??？?年代发明的。如图１．１所示，托卡马克是由中央的真空室、环向场线圈和极向场线圈??构成的。真空室是等离子体进行反应的容器；环向场线圈用于产生环向磁场使得等离??子体沿着环向运动从而起到约束等离子体的作用；极向场线圈产生极向磁场用于控??制等离子体的位置形状等特性。当线圈通电时，托卡马克内部会产生巨大的螺旋状磁??场，可将等离子体加热到很高的温度Ｗ满足聚变条件，同时将等离子体约束在真空??室内部。??ＡＮＳＦＯＲＭＥＲ?ＣＯＩＬ??ＣＯＩＬＳ?ＦＩＥＬＤ?ＣＯＩＬ??ＰＬ?ＡＳＭ?Ａ?ＣＵＲ?ＲＥＮ?Ｔ?ＰＬＡＳＭＡ?ＭＡ?６ＭＥ?ＴＩＣ?ＦＩＥＬ?Ｄ?Ｌｉ?Ｗ?巨??图１．１托卡马克装置示意图??经过几千年的发展，托卡马克实验己经取得了极大的进展，国内外各托卡马克装??畳分别研究出了受控核聚变的众多问题ＰＵ。例如美国ＴＦＴＲ托卡马克获得了聚变堆??规模的気－氣（Ｄ－Ｔ）等离子体约束、加热及ａ粒子物理的特有信息，Ｗ及在实验环境??２??
合环（ＪＥＴ：?Ｊｏｉｎｔ?Ｅｕｒｏｐｅａｎ?Ｔｏｒｕｓ）是目前世界上最大的托卡马质为原料的等离子体实验【３７，３８］。ＪＥＴ装畳的规模与ＩＴＥＲ最为ＩＴＥＲ的设计提供参考，例如ＪＥＴ试验了福射偏滤器的概念，降低ＩＴＥＲ偏滤器郎板上的平均功率负荷；成功试验了各种ＩＣ其可用于ＩＴＥＲ和聚变堆；ＪＥＴ第一壁材料和偏滤器材料与ＩＴ前各种运行模式的可用性。??离子体控制系统采用分布式控制的原理，其磁控制主要包括和垂直不稳定性控制，前者负责获得预想的等离子体位置、形种拉长型等离子体的垂直稳定性。ＪＥＴ等离子体控制系统的ｌｔｉ－ｔｈｒｅａｄｅｄ?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ?巧ｅｃｕｔｏｒ）［ｗ］，是一个多线程的是将等离子体控制的各个环节模块化，在控制过程中将这些．３所示，在ＭＡＲＴｅ中，所有的模块共享数据，并且模块可Ｗ，送是因为其建立了一个跨平台的接曰库，库中的代码可Ｗ在
【参考文献】：
期刊论文
[1]Development of the simulation platform between EAST plasma control system and the tokamak simulation code based on Simulink[J]. 王森,袁旗平,肖炳甲. Plasma Science and Technology. 2017(03)
[2]磁惯性约束聚变:通向聚变能源的新途径[J]. 杨显俊,李璐璐. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(11)
[3]HL-2A的中央逻辑控制PLC环网设计[J]. 孙江,夏凡,王明红. 计算机测量与控制. 2016(06)
[4]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚. 物理. 2016(02)
[5]J-TEXT托卡马克扰动场线圈控制撕裂模的实验研究[J]. 丁永华,金海,饶波,胡启明,王能超,庄革. 高电压技术. 2015(09)
[6]EAST超导托卡马克[J]. 万宝年,徐国盛. 科学通报. 2015(23)
[7]反射内存网络在托卡马克装置快控制器中的应用[J]. 翁楚桥,张明,刘睿,郑玮,庄革. 原子能科学技术. 2014(03)
[8]ITER计划与聚变能发展战略[J]. 张一鸣,曾丽萍,沈欣媛,张利,丁亚清,肖成馨,康卫红,王海. 核聚变与等离子体物理. 2013(04)
[9]Investigation of impurity transport using supersonic molecular beam injected neon in HL-2A ECRH plasma[J]. 崔学武,崔正英,冯北滨,潘宇东,周航宇,孙平,傅炳忠,卢平,董云波,高金明,宋绍栋,杨青巍. Chinese Physics B. 2013(12)
[10]多核多线程技术综述[J]. 眭俊华,刘慧娜,王建鑫,秦庆旺. 计算机应用. 2013(S1)
博士论文
[1]托卡马克装置控制系统设计与技术研究[D]. 郑玮.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]撕裂模研究及磁岛结构反演[D]. 季小全.华中科技大学 2006
本文编号：2968415
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