Vertical instability is a potentially serious hazard for elongated plasma. Many methods have been proposed to control the plasma vertical position. The Bang-bang method, which is designed for the inside coil (IC) voltage mode based on optimal control theory and the RZIp rigid plasma response model, has been successfully used for plasma vertical position control in the EAST 2014 experimental campaign (Wang et al 2016 Fusion Eng. Des.112 692–8). The Tokamak Simulation Code (TSC) is a numerical model of tokamak plasma and the associated control systems. It studies the evolution of the magnetic field in a rectangular computational domain using the Maxwell magnetohydrodynamic equations for plasma coupled with the boundary conditions to the circuit equations for the poloidal field coils. In this paper, the numerical model of the Bang-bang method has been implemented in the TSC code, which is used to simulate shot 52444. Simulated trajectories of the vertical position, IC voltage, and current fit the experimental data well. On the basis of benchmarked calculation, a numerical investigation of the Bang-bang controller has been performed using the TSC. This controller was able to work with 8 mm random noise and dz = 41.8 mm displacement. As a predictive tool, the TSC code is used to investigate the the maximum controllable vertical displacement value for different maximum current, and evaluate the ability to control the vertical position by the Bang-bang method.
垂直不安定性は、細長いプラズマにとって潜在的に深刻な危険である。プラズマの垂直位置を制御するために多くの方法が提案されてきた。最適制御理論とRZIp剛体プラズマ応答モデルに基づいて設計されたバンバン法は、EAST 2014実験キャンペーンにおけるプラズマ垂直位置制御に成功裏に用いられた（Wangら、2016、Fusion Eng. Des. 112、692-698）。トカマクシミュレーションコード（TSC）は、トカマクプラズマと関連する制御システムの数値モデルである。これは、長方形計算領域内でマクスウェルの磁気流体力学方程式を用いて磁場の時間発展を計算し、プラズマを境界条件を介してポロイダル磁場コイルの回路方程式と結合させる。本論文では、バンバン法の数値モデルをTSCコードに実装し、ショット52444のシミュレーションに用いた。垂直位置、IC電圧、電流のシミュレーション軌跡は実験データとよく一致した。検証済みの計算に基づき、TSCコードを用いてバンバン制御器の数値的調査を行った。この制御器は、8mmのランダムノイズと41.8mmの垂直変位外乱に対して有効に機能した。予測ツールとして、TSCコードを用いて、異なる最大電流値に対する最大制御可能な垂直変位量を調査し、バンバン法による垂直位置制御能力を評価した。