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【24h】

A Kalman filter for active feedback on rotating external kink instabilities in a tokamak plasma.

机译：卡尔曼滤波器，用于在托卡马克等离子体中旋转外部扭结不稳定性方面提供主动反馈。

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摘要

The first experimental demonstration of feedback suppression of rotating external kink modes near the ideal wall limit in a tokamak using Kalman filtering to discriminate the n = 1 kink mode from background noise is reported. In order to achieve the highest plasma pressure limits in tokamak fusion experiments, feedback stabilization of long-wavelength, external instabilities will be required, and feedback algorithms will need to distinguish the unstable mode from noise due to other magnetohydrodynamic activity. When noise is present in measurements of a system, a Kalman filter can be used to compare the measurements with an internal model, producing a realtime, optimal estimate for the system's state. For the work described here, the Kalman filter contains an internal model that captures the dynamics of a rotating, growing instability and produces an estimate for the instability's amplitude and spatial phase. On the High Beta Tokamak-Extended Pulse (HBT-EP) experiment, the Kalman filter algorithm is implemented using a set of digital, field-programmable gate array controllers with 10 microsecond latencies. The feedback system with the Kalman filter is able to suppress the external kink mode over a broad range of spatial phase angles between the sensed mode and applied control field, and performance is robust at noise levels that render feedback with a classical, proportional gain algorithm ineffective. Scans of filter parameters show good agreement between simulation and experiment, and feedback suppression and excitation of the kink mode are enhanced in experiments when a filter made using optimal parameters from the experimental scans is used.
机译：据报道，第一个实验证明了在托卡马克中使用卡尔曼滤波将n = 1扭结模式与背景噪声区分开来，在托卡马克中接近旋转的外部扭结模式的反馈抑制。为了在托卡马克聚变实验中达到最高血浆压力极限，将需要长波长的反馈稳定，外部不稳定性，并且反馈算法将需要区分由于其他磁流体动力活动而导致的不稳定模式与噪声。当系统的测量结果中出现噪声时，可以使用卡尔曼滤波器将测量结果与内部模型进行比较，从而对系统状态进行实时的最佳估计。对于此处描述的工作，卡尔曼滤波器包含一个内部模型，该模型捕获旋转的，不断增长的不稳定性的动力学，并对不稳定性的幅度和空间相位进行估算。在高Beta Tokamak扩展脉冲（HBT-EP）实验中，使用一组具有10微秒延迟的数字，现场可编程门阵列控制器来实现卡尔曼滤波算法。带有卡尔曼滤波器的反馈系统能够在感测到的模式和施加的控制场之间的宽广空间相位角范围内抑制外部扭结模式，并且在噪声水平下性能稳定，从而使经典比例增益算法的反馈无效。过滤器参数的扫描显示出仿真与实验之间的良好一致性，并且当使用从实验扫描中使用最佳参数制成的过滤器时，在实验中增强了反馈抑制和扭结模式的激励。

著录项

  • 作者

    Hanson, Jeremy Mark.;

  • 作者单位

    Columbia University.;

  • 授予单位 Columbia University.;
  • 学科 Engineering Electronics and Electrical.;Physics Fluid and Plasma.
  • 学位 Ph.D.
  • 年度 2009
  • 页码 105 p.
  • 总页数 105
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

  • 入库时间 2022-08-17 11:38:25

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