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EAST超导托卡马克等离子体放电上升段特性的研究

薛二兵  
【摘要】:在等离子体被击穿之后的一小段时间内(10~150毫秒)的等离子体位置控制对托卡马克放电来说是一个非常重要的阶段,对该阶段等离子体电流的控制好坏直接关系着等离子体放电的成功与否。该阶段等离子控制的难点在于此时的等离子体没有处于平衡态,因此无法应用平衡理论来对这个问题进行研究。本文在优化击穿的基础上,利用不同的方法计算了真空场;利用高速CCD作为一种快速、直观、不受电磁干扰的工具,且其具有可以为控制系统提供等离子体位置及其分布的特点,提出一种基于高速CCD的托卡马克放电上升段等离子体位置的反馈控制方法。即通过高速CCD对等离子体放电图像进行采集,通过图像处理的方法识别采集图像的等离子体边界,并对边界进行拟合,然后与标定图像进行对比,进而获得等离子体位置随时间的变化,将识别得出的等离子体位置及其分布代入托卡马克电路方程,通过解电路方程,求解控制等离子体位置的极向场线圈电流及其变化率的最优解,以获得对等离子体位置的有效控制。在整个控制流程中,针对提出的上升段反馈控制模型,分析了反馈控制系统各个子系统的工作原理,详细阐述了反馈控制中两个关键部分的求解:涡流计算和真空区域水平场、垂直场计算。然后给出了该阶段反馈控制的具体方法以及该控制模型在实验中的初步应用。 等离子体边界识别作为等离子体位置反馈控制的重要一环,对计算结果的准确性具有重要的影响,因此,我们在搭建了高速CCD视频采集系统之后,在分析等离子体放电图像的基础上提出了一种改进的自适应阈值的Canny算法,将采集获得的图像自动分类识别,并对边界检测得到的等离子体边界进行拟合,取得了较为理想的结果。 另外,基于托卡马克平衡理论,介绍了EFIT平衡算法,给出了基于多项式模型的等离子体平衡磁面反演理论,并基于这一理论编写了在MATLAB环境下的平衡反演的接口程序,获得了磁面反演的初步结果。


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