Feedback control has become a crucial tool in the research on magnetic confinement of plasmas for achieving controlled nuclear fusion. We present the first experimental results from a novel feedback control system that, for the first time, employs a graphics processing unit (GPU) for microsecond-latency, real-time control computations. The system was tested on the HBT-EP tokamak using an adaptive control algorithm for control of rotating magnetic perturbations. The algorithm assumes that perturbations of known shape are rotating rigidly, but dynamically derives and updates the rotation frequency to improve phase and gain accuracy of the control signals. Experiments were set up to control four rotating n = 1 perturbations at different poloidal angles. The perturbations are treated as coupled in frequency but independent of amplitude and phase, so that the system effectively controls a helical n = 1 perturbation with unknown poloidal spectrum. The control system suppresses the amplitude of the dominant 8 kHz mode by up to 60%. Deviation from the optimal feedback phase combines suppression with a speed up or slow down of the mode rotation frequency. The feedback performance is found to exceed previous results obtained with an FPGA- and Kalman-filter based control system without requiring any tuning of system model parameters.
フィードバック制御は、制御核融合を実現するためのプラズマの磁気閉じ込めに関する研究において、極めて重要なツールとなっている。本論文では、グラフィックス処理装置（GPU）を初めて採用し、マイクロ秒単位のリアルタイム制御計算を実現した新規フィードバック制御システムによる初の実験結果を報告する。本システムはHBT-EPトカマクにおいて、回転磁気摂動の制御のための適応制御アルゴリズムを用いて試験された。本アルゴリズムは、既知の形状の摂動が剛体的に回転すると仮定する一方で、回転周波数を動的に導出・更新し、制御信号の位相と利得の精度を向上させる。実験では、異なるポロイダル角度における4つの回転n＝1摂動を制御対象とした。各摂動は周波数において結合しているが、振幅と位相は独立であると扱われ、これにより本システムは、ポロイダルスペクトルが未知の螺旋状n＝1摂動を効果的に制御する。本制御システムは、支配的な8kHzモードの振幅を最大60%抑制した。最適フィードバック位相からの偏差は、モード回転周波数の加速または減速を伴う抑制と組み合わされる。フィードバック性能は、システムモデルパラメータの調整を一切必要とせずに、FPGAおよびカルマンフィルタベースの制御システムを用いた従来の結果を上回ることが実証された。