[发明专利]一种用于托卡马克装置的多系统联合等离子体控制平台

权利要求书

1.一种用于托卡马克装置的多系统联合等离子体控制平台，其特征在于，包括中央消息监测系统、实时采集系统、实时反馈控制系统、心跳包系统、等离子体实时平衡重建系统和撕裂膜控制系统；其中：

所述中央消息监测系统，所述中央消息监测系统包括PLC可编程逻辑控制器、EPICS服务器和平台主服务器，用于监听托卡马克装置的中央控制系统的EPICS记录值的实时动态变化，据此来调度其他系统做出相应的响应动作，同时根据需求写入相应的状态PV；

所述实时采集系统，用于实时采集各控制系统需要的数据，并把采集的数据传送到其他系统的指定位置；

所述实时反馈控制系统，用于托卡马克装置放电需求的反馈控制计算，计算结果写入反射内存，供电源控制系统读取；

所述心跳包系统，通过EPICS消息服务定时向托卡马克装置的中央控制系统发送实时监控的运行状况脉冲，以此来跟踪该控制平台的运行情况；

所述等离子体实时平衡重建系统，用于重建托卡马克装置放电的实时位形以及位置信息；

所述撕裂膜控制系统，用于通过所述实时采集系统实时采集的磁岛位置和等离子体实时平衡重建系统计算得到的剖面数据计算出撕裂模出现的几何位置，并把位置转化为电机的转动角度；

中央消息监测系统、实时反馈控制系统、心跳包系统、等离子体实时平衡重建系统和撕裂膜控制系统协同运行在同一台实时Linux服务器上；

所述实时反馈控制系统包括反射内存卡、实时反馈计算机和电源控制计算机，所述实时反馈控制系统用于托卡马克装置极向场线圈电流加热的实时反馈控制，实时采集系统以1kHz的采样率实时采集数据后，通过反射内存卡传送给实时反馈计算机，实时反馈计算机在计算出线圈电源的转向角后，并通过反射内存卡传送给电源控制计算机；

所述实时反馈控制系统计算线圈电源的转向角，是通过等离子体控制和PID反馈控制算法，根据托卡马克极向场线圈的实时电流以及电压信息，计算出其电源的转向角；具体包括：

实时采集系统实时采集各极向场线圈的电流值；

实时反馈控制系统根据线圈控制电流目标值和等离子电流控制目标值，以及线圈实时采集电流值和等离子体实时采集电流值，通过PID反馈控制算法实时计算出当前时刻的线圈电源转向角，然后发送中断给所述电源控制计算机，并通过反射内存卡发送转向角值；

所述电源控制计算机实时对转向角做合理性判断，然后产生控制时序脉冲实现对电源开关的控制；

所述PID反馈控制算法的计算过程是：

电流差值ΔI＝预设极向场线圈电流I-实时采集的极向场线圈电流I；

PID单次电压调整变量为：线圈电压调整量ΔU＝PID(电流差值ΔI)；

单次电压调整量进行累加；

根据电压累加调整量计算电源转换角度。

2.根据权利要求1所述的一种用于托卡马克装置的多系统联合等离子体控制平台，其特征在于，所述实时采集系统包括反射内存卡、实时采集工控机及安装在工控机上的采集卡，所述实时采集系统采用Linux系统，并且连接统一时序系统，由统一时序系统提供统一的时序信号，实时采集数据后通过反射内存卡将数据实时传输给其他系统。

3.根据权利要求1所述的一种用于托卡马克装置的多系统联合等离子体控制平台，其特征在于，所述等离子体实时平衡重建系统使用实时Linux服务器，该服务器安装一张GPU卡和两张反射内存卡，所述两张反射内存卡记作第一反射内存卡、第二反射内存卡；GPU卡用于并行化提速；第一反射内存卡和实时采集系统连接，用于采集数据的传输；第二反射内存卡和电源控制计算机以及所述撕裂膜控制系统的撕裂膜控制服务器连接，用于计算结果的交互；

所述等离子体实时平衡重建系统用于重建等离子体放电的实时平衡位形以及位置信息，计算得到的等离子体位形信息通过连接在其上的第二反射内存卡发送回反射内存交换机，实时反馈控制系统通过这些信息进行位置计算和位形控制，同时将等离子体磁通分布显示在大屏幕以供参考；撕裂膜控制系统根据这些信息计算出撕裂模出现的几何位置，调整ECRW反射镜的转动角度，进行撕裂膜控制。