HL-2A等离子体边界识别的模拟研究

采用电流丝模型对HL-2A等离子体边界重建做了模拟计算。结果表明,对于孔栏位形、双零位形和下单零位形,重建的等离子体边界与平衡计算的边界能很好地吻合,最大径向距离小于8mm。     

HL-2A等离子体边界识别的研究

利用电流丝模型编写的电流丝编码和采集到的18个磁探针测量数据、等离子体电流和极向场线圈电流的数据做了重建HL-2A等离子体边界的研究。计算结果表明,电流丝编码能够正确地识别等离子体的边界、偏滤器位形和X点的位置。计算获得的偏滤器内外靶板上打击点出现和消失的时间与布置在偏滤器靶板上静电探针测量到的信号很好地符合。在Pentium 4的PC个人计算机上(CPU为2.4GHz, 800MHz总线)计算每一个时刻的等离子体边界时间小于1ms。     

HL-2A装置实时等离子体位形重建系统的加速优化

现有的HL-2A实时平衡重建系统采用的是网格尺寸为33×33,将无法满足HL-2M装置对控制精度和速度要求。为此开发了网格尺寸为129×129的重建系统,并通过GPU并行、算法重构等优化方法,使得新的重建系统在保证计算精度的情况下能够使得每一次平均重建计算维持在600μs内,可满足HL-2A和HL-2M中周期为1ms等离子体控制系统对重建系统精度和速度要求。     

HL-2A等离子体的控制和边界识别

在托卡马克装置中，等离子体控制是一项重要的基础性工作，是托卡马克装置等离子体能够平衡、正常放电运行重要而基本的条件。这项工作包括等离子体电流、位置、形状、密度、电流分布、q值的控制和等离子体破裂控制等。其中电流、位置和密度的控制是圆截面等离子体的基础性工作；对于非圆截面装置，除了电流、位置和密度的控制之外，形状的识别和控制又是必不可少的基础性工作。这其中等离子体形状的识别和位置控制又是最复杂和最困难的。本论文给出了HL-2A装置等离子体电流和水平位移控制的理论模型和MATLAB仿真结果，并具体介绍了目前HL-2A装置等离子体控制系统的软、硬件组成。     

HL-2A等离子体约束参数的实时确定

在HL-2A等离子体放电过程中，利用CF编码计算出的等离子体边界磁场，计算出Shafranov 积分S₁，S₂和S₃,再利用反磁磁通导出极向比压β_p，等离子体内自感l_i，等离子体磁轴的大半径R_m，等离子体的能量W_dia，能量约束时间τ_E；再用电流矩导出等离子体的电流中心(R_c,Z_c).实时确定这些量对于及时了解和改进装置的放电和改善等离子体性能很有意义. 关键词： 等离子体约束 Shafranov 积分     

HL-2A 等离子体位形重建研究

采用了新的放电方案,消除了环向场对磁测量的影响。通过修改信号调理电路,解决了积分器不能响应磁通快速变化的问题;通过改进磁测量的标定方法,在准确标定磁通和极向磁探针测量的同时,有效地标定了径向磁探针的测量信号。输入这些有效标定数据后,EFIT 能快速收敛,获得了准确可靠的位形重建结果,与探针、氢阿尔法和CCD 等诊断结果很好符合。同时介绍了自行研制的sFIT 位形重建代码,该代码得到的位形重建结果,与EFIT 反演结果一致。     

HL-2A等离子体实时平衡重建的GPU并行化

描述了HL-2A等离子体实时平衡重建的GPU并行化算法,主要包括G-S方程的并行化处理、三对角方程求解、网格边界磁通计算以及一系列矩阵相乘的并行加速。并行后,在129×129的网格下完成一次迭代计算需要约575μs。     

HL-2A装置等离子体可见光成像系统

在HL-2A装置上研制了等离子体可见光成像系统,用于孔栏、偏滤器位形放电的诊断。该成像系统由彩色摄像机、观察窗和转向镜、广角收集和准直透镜组、采集卡和计算机组成。本文描述了系统的布局和各部件参数的匹配,报道了观测到的实验结果。等离子体成像系统能监视放电的整个过程,实时显示可见光辐射图形,特别在识别孔栏与偏滤器位形放电的诊断中发挥了重要作用,成为HL-2A装置放电的重要诊断手段。     

HL-2M 实验数据分析与实时显示系统的设计与实现

HL-2M 实验数据分析系统提供了强大的远程信号处理计算和信息检索功能,系统采用先进的多层架 构,实现了所获即所需的数据远程传输,具有局域网和广域网的广泛应用。实时显示系统基于负载均衡的任务划 分,将数据处理和显示划分为多个任务、部署在多台计算机上;系统跟炮运行,能够自动、高效实时处理上千道 信号,并在多个大屏幕实时显示几百道关键信号曲线。     

用有限电流元法识别HL-2A 装置的等离子体边界

在电流丝模型对HL-2A装置等离子体边界重建取得满意结果[3]、[5]的基础上，本文用有限电流元模型对HL-2A等离子体边界进行了重建研究。计算和实验结果表明，在通常情况下，有限电流元模型比固定电流丝模型的重建误差稍小，前者误差小于3mm，后者误差小于6mm。当部分有限电流元分布在等离子体边界之外时，用有限电流元模型仍然可以成功重建边界。有限电流元的位置在一定范围内变化时，重建的误差都很小。用普通奔腾4 2.4GHz PC机计算一组等离子体放电边界的时间不超过1ms。有限电流元法能准确而快速地识别等离子体的偏滤器位形，这对于HL-2A装置的实时位形控制是基本和重要的。     

EAST装置等离子体放电位形快速识别研究

为了适应超导托卡马克装置EAST位形控制运行模式的需要，研究了等离子体放电位形快速识别算法，给出了等离子体放电位形重建的模拟计算结果，并与美国GA平衡反演程序EFIT计算的平衡结果进行了详细的误差对比分析.结果表明，通过外部磁测量和合适的电流剖面模型，并结合实时平衡重建算法可以快速地对EAST等离子体放电位形进行识别. 关键词： 托卡马克 等离子体 平衡重建 数值模拟     

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分析了HL-2A实验中可能存在的各种故障问题,设计并开发了一种基于EPICS网络的实时监测和报警系统。通过 SNMP 协议,以 EPICS 网络为基础,进行全域的消息监控及实时报警。实现了有效监控实验运行过程中整个 IT 系统、控制系统、采集主机等异常情况,并实时进行电话报警、短信报警、邮件报警,有效解决了实验中遇到的各种故障监测及可能引发的问题。     

基于EPICS 的HL-2A 装置实时监测和报警系统

分析了HL-2A 实验中可能存在的各种故障问题,设计并开发了一种基于EPICS 网络的实时监测和报警系统。通过SNMP 协议,以EPICS 网络为基础,进行全域的消息监控及实时报警。实现了有效监控实验运行过程中整个IT 系统、控制系统、采集主机等异常情况,并实时进行电话报警、短信报警、邮件报警,有效解决了实验中遇到的各种故障监测及可能引发的问题。     

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描述了HL-2A等离子体实时平衡重建的GPU并行化算法,主要包括G-S方程的并行化处理、三对角方程求解、网格边界磁通计算以及一系列矩阵相乘的并行加速.并行后,在129×129的网格下完成一次迭代计算需要约575μs.     

用可移动电流丝方法重建HL-2A等离子体边界的研究

根据Shafranov电流密度矩理论，给出了用可移动电流丝方法重建HL-2A装置等离子体边界的具体计算方法，研究了用可移动电流丝方法(VCF法)重建边界的可行性.VCF法与固定电流丝方法(FCF法)和有限电流元法(FCE法)相比，最大的优点就是用1—3个可移动电流丝就可以准确地重建位置和小半径快速变化的等离子体位形，这正好弥补了FCF法的不足.将可移动电流丝方法和FCF法相结合，可以实现全程等离子体放电的边界实时显示和等离子体的位形控制. 关键词： 可移动电流丝方法 边界识别