An active plasma profile control approach for ITER, which is potentially robust by being tolerant to changing and uncertain physics, has been explored in this work, using a technique based on real-time estimation of linearized profile response models. The linearized models approximate static responses of the plasma profiles to power changes in auxiliary heating and current drive systems. These models are updated in real-time, differing from the model-based technique which deduces a dynamic model from identification experiments. The underlying physics is simplified with several assumptions to allow real-time update of the profile response models; however, without significant loss of information necessary for feedback control of the plasma profiles. The response of the electron temperature profile is modelled by simplifying the electron heat transport equation. The response of the safety factor profile is computed by directly relating it to the changes in source current density profiles. The required actuator power changes are directly computed by inverting the response matrix using the singular value decomposition technique. The saturation of the actuator powers is taken into account and the capability of using quantized auxiliary powers is provided. The potential of our active control approach has been tested by applying it to simulations of the ITER hybrid mode operation using CRONOS. In these simulations, either a global transport model or a theory-based local transport model has been used and the electron temperature and safety factor profiles were well controlled either independently or simultaneously.
ITERに対する能動的プラズマ分布制御手法であって、変化し不確実な物理に対して許容的であることによって潜在的にロバストな手法を、線形化された分布応答モデルのリアルタイム推定に基づく技術を用いて、本研究で探求した。線形化モデルは、補助加熱および電流駆動システムのパワー変化に対するプラズマ分布の静的応答を近似する。これらのモデルはリアルタイムで更新され、同定実験から動的モデルを推定するモデルベース手法とは異なる。基礎となる物理は、分布応答モデルのリアルタイム更新を可能にするためにいくつかの仮定を用いて簡略化されているが、プラズマ分布のフィードバック制御に必要な情報を大きく失うことはない。電子温度分布の応答は、電子熱輸送方程式を簡略化することによってモデル化される。安全係数分布の応答は、ソース電流密度分布の変化に直接関連付けることによって計算される。必要なアクチュエータパワー変化は、特異値分解法を用いて応答行列を反転することによって直接計算される。アクチュエータパワーの飽和が考慮され、量子化された補助パワーを使用する能力が提供される。我々の能動的制御手法の可能性は、CRONOSを用いたITERハイブリッドモード運転のシミュレーションに適用することによって試験された。これらのシミュレーションでは、グローバル輸送モデルまたは理論ベースの局所輸送モデルのいずれかが使用され、電子温度分布と安全係数分布は、独立にまたは同時に良好に制御された。