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托卡马克是实现磁约束核聚变最有希望的解决方案之一。电子回旋共振加热#xff08;ECRH是一种对托卡马克有吸引力的等离子体加热方法#xff0c;具有耦合效率高#xff0c;功率沉积定位好等优点。陀螺加速器是ECRH系统中…LabVIEW对EAST长脉冲等离子体运行的陀螺稳态运行控制
托卡马克是实现磁约束核聚变最有希望的解决方案之一。电子回旋共振加热ECRH是一种对托卡马克有吸引力的等离子体加热方法具有耦合效率高功率沉积定位好等优点。陀螺加速器是ECRH系统中使用的高功率微波源。实验性先进超导托卡马克EAST是世界上第一个完全超导的托卡马克。演示超过1000秒的长脉冲分流器操作是EAST的主要目标之一。ECRH系统是实现这一目标不可或缺的术语。
为了实现EASTECRH系统的6-s长脉冲运行设计了一种ECRH系统运行方案可以在不影响原有系统安全性和稳定性的情况下实现ECRH系统的400-1000-s长脉冲稳态运行。
EASTECRH系统中现在有三个陀螺加速器。三个陀螺子分为两组如图2所示。每个回旋管都有一个单独的阳极高压电源同一组中的两个陀螺加速器共用一个阴极高压电源。 子系统的输入信号由等离子体电流组成EAST主控制台的信号、Trigger In_–60触发信号预启动信号、TriggerIn_0触发信号启动信号以及来自两套ECRH保护系统的快速过流保护触发信号、RF保护触发信号和电弧保护触发信号。 为了满足信号响应速度和采样频率的要求选择NI cRIO作为能够实现实时处理和高速输入输出的硬件。它包括NI Linux实时操作系统和可重新配置的现场可编程门阵阵列FPGA。NI cRIO-9039用作控制器多个热插拔高速双向数字模块NI 9401用于数字输入和输出。
设计了手动重启模式、自动重启模式、定时交替运行模式和保护触发交替运行模式4种工作模式。该模式在工作期间无法更改当时间达到总脉冲时间时停止。发生快速过流保护、射频保护、电弧保护后可复位并再次投入运行。对于其他保护措施仍然需要仔细确定原因。因此针对快速过流保护、RF保护和虚幻电弧保护三种保护设计了重启方案不考虑在其他保护情况下重启。
控制软件基于LabVIEW编写。稳态操作控制的软件架构分为三部分1上位机人机交互界面;2下部计算机实时VI;3FPGAVI。上位机主机VI和实时VI通过共享变量和网络流进行数据传输实时VI和FPGA通过直接存储器访问第一输入第一输出DMA FIFO进行通信。可以在上位机的主程序上设置陀螺仪的激活、脉冲时间和工作模式。 逻辑分析仪用于测试稳态运行控制系统。逻辑分析仪的采样频率为100MHz支持同时显示32个数字信号并支持边沿触发和电平触发。cRIO在收到Trigger_–20信号、Ip信号和正常定时Trigger_001信号后60.0ms向中央定时控制系统发送就绪信号和启动信号。
10s的ECRH重启响应时间受一个阳极电源响应时间的限制。未来通过更换阳极电源这可以大大缩短自动重启的响应时间到810毫秒。通过进一步优化每个硬件系统的响应这个时间可以进一步减少到几毫秒。
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