基于神经网络的东方超环等离子体平衡参数实时评估与预测研究
发布时间：2020-12-10 00:35
托卡马克是目前最有希望实现核聚变能源的装置之一。等离子体平衡与垂直位移不稳定性的有效控制是托卡马克装置安全运行的重要保障,本文基于神经网络方法,对托卡马克装置等离子体平衡参数实时估算以及垂直位置快速预测进行了研究,为未来更加精准、快速控制提供新的方法。本文先应用基础的前馈神经网络,以托卡马克模拟代码(TSC)模拟EAST放电生成数据库,训练和测试等离子体平衡参数估算模型,并分别讨论测量信号缺失和输入噪音对模型鲁棒性的影响。神经网络评估模型在偏滤器和限制器位形下估算有量纲平衡参数(等离子体电流中心位置、大半径、小半径、X点位置)平均误差在1毫米以内,估算无量纲参量(拉长比、极向比压、内感、安全因子)平均误差在百分之一以内;对于假定的测量信号缺失和输入噪音,通过加入随机噪音以及置零缺失信号值再训练验证,证实模型仍具有一定鲁棒性;在普通台式机上用MATLAB软件实现模型,耗时为1毫秒左右,初步验证了这种方法的可行性。在等离子体电流中心位置识别工作中,本文先用模拟数据验证了神经网络方法的可行性,再用实验数据训练模型,训练的基础前馈神经网络模型经验证仍可准确识别等离子体电流中心;同时,减少输入探...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）Ｄ－Ｔ、Ｄ－Ｄ和Ｄ－Ｈｅ３反应截面随氘原子能量变化曲线（ｌｂａｍ＝１０２８ｍ２）??（ｂＤ－Ｔ、Ｄ－Ｄ和Ｄ－Ｈｅ３反应的速度平均截面随温度变化的曲线??
Ｑ＝５，３０００￥，?３５０ＭＶＶ，?ｓｔｅａｃｌｙ－ｓｔｎｔｅ?ｂｕｒａｉｎｇ?ｐｌａｓｍａ??洛ＥＡＳＴ?Ａｄｖａｎｃｅ?ＰＦＣ＼?ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ?ａｄｖａｎｃｅｄ?ｏｐｒａｔｉｏｕ??Ａｄｖａｎｃｅｄ?ｄｉｖｅｒｔｏｒ，?ｈｉｇｈ?ｐｏｗｅｒ?Ｈ＆Ｃ?Ｄ，?ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ??Ｊ－ＴＥＸＴ?Ｄｉｓｎｉｐｔｉｏｎ?ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ，?ｂａｓｉｃ?ｐｌａｓｍａ??２０１５?２０２０?２０２５?２０３０?２０３５?２０４０?２０４５?２０５０?２０５５?２０６０??图１．２中国磁约束核聚变发展规划Ｗ??１．２东方超环托卡马克装置介绍??托卡马克（Ｔｏｋａｍａｋ）名字来源于俄语“环形、真空室、磁、线圈”的词头组??成，其核心部分是外部缠绕线圈的环形真空室［５］。装置运行初始阶段，外部线圈??通电、容器充气加料后，托卡马克内部产生巨大螺旋形磁场约束等离子体？，然后，??通过辅助加热系统，等离子体温度可以被进一步提高；最终，人们期望在托卡马??克装置上满足等离子体密度、温度和约束时间乘积的劳逊判据，即点火条件，实??现核聚变发电。典型的托卡马克磁体结构示意如图１．３所示，它主要由铁芯（或??空芯）变压器、纵场线圈、内部极向场线圈、外部极向场线圈和其他子系统如加??热系统、诊断系统、反馈控制系统及电源等系统组成；内部极向场线圈与等离子??体构成变压器的初级回路和次级回路，外部极向场线圈则主要用于等离子体位置??和形状控制。在纵场线圈、极向场线圈以及其它导体的综合作用下，真空室内形??成螺旋形磁场，通常环向场会比极向场大十倍以上，磁力线无限延伸形成磁面，??带电粒子受磁力线束缚回转螺旋，等离子体因而整体被约束。
?第１章绪论???鋒．：．??獅ｐ?ｊ?＂Ｉ?＿ｊｉ＾??图１．４全超导托卡马克ＥＡＳＴ装置概貌Ｍ??表１．１?ＥＡＳＴ装置的主要工程物理设计参数［７］??物理参数名称?性能指标??大半径?１．８８?ｍ??小半径?０．４５?ｍ??纵场?１．５？３．０?Ｔ??等离子体电流?１ＭＡ??可用伏秒数?Ｓ?６＿５??拉长比?Ｋ幺２??三角形变?５＜?０．７??目前，世界上大多托卡马克装置采用拉长偏滤器位形提升等离子体运行参数，??它一般先由限制器位形转化，转化拉长伴有垂直位移不稳定性。ＥＡＳＴ的科学家??通过集成创新，在不同参数条件下分别实现了?４００秒以上长脉冲高温等离子体放??电和百秒量级稳态高约束模放电，等离子体位形和垂直位移不稳定性控制是其中??重要的一环，而ＥＡＳＴ的电磁测量系统及其他诊断信号则为等离子体精确控制提??供了基矗目前，针对ＥＡＳＴ平衡及位形识别任务，电磁测量系统主要依靠测量??极向不同位置磁场信号的磁探针和测量不同位置极向磁通值的磁通环，其安装的??５??
本文编号：2907754
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）Ｄ－Ｔ、Ｄ－Ｄ和Ｄ－Ｈｅ３反应截面随氘原子能量变化曲线（ｌｂａｍ＝１０２８ｍ２）??（ｂＤ－Ｔ、Ｄ－Ｄ和Ｄ－Ｈｅ３反应的速度平均截面随温度变化的曲线??
Ｑ＝５，３０００￥，?３５０ＭＶＶ，?ｓｔｅａｃｌｙ－ｓｔｎｔｅ?ｂｕｒａｉｎｇ?ｐｌａｓｍａ??洛ＥＡＳＴ?Ａｄｖａｎｃｅ?ＰＦＣ＼?ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ?ａｄｖａｎｃｅｄ?ｏｐｒａｔｉｏｕ??Ａｄｖａｎｃｅｄ?ｄｉｖｅｒｔｏｒ，?ｈｉｇｈ?ｐｏｗｅｒ?Ｈ＆Ｃ?Ｄ，?ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ??Ｊ－ＴＥＸＴ?Ｄｉｓｎｉｐｔｉｏｎ?ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ，?ｂａｓｉｃ?ｐｌａｓｍａ??２０１５?２０２０?２０２５?２０３０?２０３５?２０４０?２０４５?２０５０?２０５５?２０６０??图１．２中国磁约束核聚变发展规划Ｗ??１．２东方超环托卡马克装置介绍??托卡马克（Ｔｏｋａｍａｋ）名字来源于俄语“环形、真空室、磁、线圈”的词头组??成，其核心部分是外部缠绕线圈的环形真空室［５］。装置运行初始阶段，外部线圈??通电、容器充气加料后，托卡马克内部产生巨大螺旋形磁场约束等离子体？，然后，??通过辅助加热系统，等离子体温度可以被进一步提高；最终，人们期望在托卡马??克装置上满足等离子体密度、温度和约束时间乘积的劳逊判据，即点火条件，实??现核聚变发电。典型的托卡马克磁体结构示意如图１．３所示，它主要由铁芯（或??空芯）变压器、纵场线圈、内部极向场线圈、外部极向场线圈和其他子系统如加??热系统、诊断系统、反馈控制系统及电源等系统组成；内部极向场线圈与等离子??体构成变压器的初级回路和次级回路，外部极向场线圈则主要用于等离子体位置??和形状控制。在纵场线圈、极向场线圈以及其它导体的综合作用下，真空室内形??成螺旋形磁场，通常环向场会比极向场大十倍以上，磁力线无限延伸形成磁面，??带电粒子受磁力线束缚回转螺旋，等离子体因而整体被约束。
?第１章绪论???鋒．：．??獅ｐ?ｊ?＂Ｉ?＿ｊｉ＾??图１．４全超导托卡马克ＥＡＳＴ装置概貌Ｍ??表１．１?ＥＡＳＴ装置的主要工程物理设计参数［７］??物理参数名称?性能指标??大半径?１．８８?ｍ??小半径?０．４５?ｍ??纵场?１．５？３．０?Ｔ??等离子体电流?１ＭＡ??可用伏秒数?Ｓ?６＿５??拉长比?Ｋ幺２??三角形变?５＜?０．７??目前，世界上大多托卡马克装置采用拉长偏滤器位形提升等离子体运行参数，??它一般先由限制器位形转化，转化拉长伴有垂直位移不稳定性。ＥＡＳＴ的科学家??通过集成创新，在不同参数条件下分别实现了?４００秒以上长脉冲高温等离子体放??电和百秒量级稳态高约束模放电，等离子体位形和垂直位移不稳定性控制是其中??重要的一环，而ＥＡＳＴ的电磁测量系统及其他诊断信号则为等离子体精确控制提??供了基矗目前，针对ＥＡＳＴ平衡及位形识别任务，电磁测量系统主要依靠测量??极向不同位置磁场信号的磁探针和测量不同位置极向磁通值的磁通环，其安装的??５??
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