EAST離子回旋共振加熱相位和功率控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、離子回旋共振加熱是EAST超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置加熱等離子體的重要手段之一，被視為芯部等離子體加熱和電流驅(qū)動(dòng)的首選手段。它不僅可以加熱電子、離子，還用來控制等離子體某些重要參數(shù)的空間分布和產(chǎn)生等離子體極向電流，以及驅(qū)動(dòng)等離子體等。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究表明，離子回旋天線運(yùn)行在（0，π）相位時(shí)，具有較好的加熱效果且產(chǎn)生相對較小的雜質(zhì)。另外，天線在(0，π/2)相位運(yùn)行時(shí)可以驅(qū)動(dòng)不對稱譜，有利于電流驅(qū)動(dòng)的研究。未來在ITER裝置上，離子回旋

2、電流驅(qū)動(dòng)將作為驅(qū)動(dòng)芯部電流的重要手段，因而離子回旋天線相位的測量和精確控制無論對于離子回旋加熱還是驅(qū)動(dòng)研究都有著重要的意義，如果天線的相位不能夠精確測量并加以控制，則可能導(dǎo)致天線電流帶之間的功率不平衡，影響加熱效果。
　　在EAST放電實(shí)驗(yàn)過程中，等離子體的阻抗是隨著時(shí)間變化著的，這就造成了離子回旋共振加熱系統(tǒng)射頻注入功率的波動(dòng)。在本研究之前，主要是通過手動(dòng)改變信號(hào)源的輸出幅度來調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)的輸出功率，在等離子體放電的一炮之內(nèi)，雖然

3、信號(hào)源的幅度保持不變，但是發(fā)射機(jī)的輸出功率卻呈現(xiàn)很大的波動(dòng)，因而無法實(shí)現(xiàn)輸出功率的精確控制。
　　本課題的研究內(nèi)容主要是實(shí)現(xiàn)對ICRH系統(tǒng)射頻波相位和功率的測量以及閉環(huán)反饋控制。論文中對比了幾種不同的相位和功率測量方法，在已有的AD8302鑒相器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于HMC439芯片的鑒相器，該鑒相器具有寬的測量范圍(720°)和低的相位噪聲，另外好的線性度也給后續(xù)的數(shù)據(jù)處理帶來了方便。相位與功率測控系統(tǒng)基于FPGA主控制器，由信號(hào)采

4、集板卡和反饋控制板卡組成，信號(hào)采集板卡主要負(fù)責(zé)對相位和功率輸入信號(hào)的調(diào)理以及模數(shù)轉(zhuǎn)換，最終在FPGA內(nèi)部完成數(shù)據(jù)的擬合計(jì)算。反饋控制板的功能是實(shí)現(xiàn)對相位和功率的實(shí)時(shí)反饋控制以及與上位機(jī)的通信。我們使用Labview軟件來開發(fā)上位機(jī)程序，而上位機(jī)與控制機(jī)箱之間的數(shù)據(jù)收發(fā)通信是通過USB協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。
　　通過軟硬件的設(shè)計(jì)和反饋算法的不斷優(yōu)化，相位與功率反饋控制系統(tǒng)分別在假負(fù)載和等離子體放電環(huán)境下完成測試，目前已成功應(yīng)用于2016年的E