Simultaneous control of the current profile and normalized plasma beta is an essential control problem in the development of advanced tokamak scenarios. However, this control problem is especially challenging due to the nonlinear nature of the current, heat, and particle transport dynamics, as well as the difficulty to understand and accurately model such processes. In this work, a nonlinear, robust, model-based controller for the simultaneous regulation of the current profile and normalized beta has been designed using feedback linearization and Lyapunov redesign techniques. Feedback linearization avoids approximate linearization of the plasma dynamics, retaining the original physics content of the model. Moreover, the use of Lyapunov redesign techniques makes the controller robust against the uncertainties arising during the modeling process. The controller's performance in the presence of unknown dynamics is tested in nonlinear, one-dimensional simulations using the Control Oriented Transport SIMulator (COTSIM) code, which employs plasma models that are significantly more complex than those employed for control synthesis.
先進トカマクシナリオの開発において、電流分布と規格化ベータ値の同時制御は重要な制御問題である。しかしながら、電流・熱・粒子輸送ダイナミクスの非線形性、ならびにそのようなプロセスの理解と正確なモデル化の困難さにより、この制御問題は特に困難である。本論文では、フィードバック線形化とリアプノフ再設計手法を用いて、電流分布と規格化ベータ値の同時制御のための非線形ロバストモデルベース制御器を設計した。フィードバック線形化はプラズマダイナミクスの近似的線形化を回避し、モデルの物理的内容を保持する。さらに、リアプノフ再設計手法の使用により、モデリングプロセス中に生じる不確かさに対して制御器のロバスト性が確保される。提案制御器の性能は、制御合成に用いられるものよりもはるかに複雑なプラズマモデルを採用したControl Oriented Transport Simulator（COTSIM）コードを用いた一次元非線形シミュレーションにおいて、未知ダイナミクスの存在下で検証された。