A key feature of the new digital plasma control system installed on the TCV (Tokamak à Configuration Variable) tokamak is its possibility to rapidly design, test and deploy real-time algorithms. It accommodates hundreds of diagnostic inputs and actuator outputs, and offers the possibility to design advanced control algorithms with better knowledge of the plasma state and to coherently control all TCV actuators, including poloidal field coils, gas valves, the gyrotron powers and launcher angles of the electron cyclotron heating and current drive system together with diagnostic triggering signals. It encompasses plasma control applications ranging from basic experiments of coil current and density control to advanced experiments of magnetohydrodynamics (MHD) and plasma profile control. The system consists of multiple nodes, each of which may have a local analog to digital (ADC) and/or digital to analog (DAC) card; all nodes are connected to a reflective memory (RFM), providing a deterministic method of sharing memory between them. Recently, a generalized plasma position and shape controller based on the real-time (RT) Grad-Shafranov solver RTLIUQE was developed and implemented, providing the basis for future high performance plasma operation with advanced plasma configurations. The controller design is based on an isoflux control scheme and utilizes singular value decomposition (SVD), to respect the limits on poloidal field coils currents by limiting the controlled parameters to the set that can be more easily controlled. The controller is capable in principle of providing improved equilibrium control especially for unconventional plasma scenarios, for e.g. reliable control of 'snowflake' equilibria with closely spaced x-points, i.e. the 'exact' snowflake, and the development of negative triangularity plasmas in H-mode. An addition of a new node on the digital control system has enhanced the real time computational capacity and hosts the real-time transport code RAPTOR (rapid plasma transport simulator), an advanced density profile reconstruction algorithm including real-time fringe jump correction, as well as a plasma state monitoring, supervision and actuator management algorithm. In future, more signals from existing TCV diagnostics, including multiview pinhole x-ray diagnostics, Thomson scattering, visible image processing and magnetic signals for MHD mode analysis will be added to expand the capabilities of the digital control system.
TCV(Tokamak à Configuration Variable)トカマクに設置された新しいデジタルプラズマ制御システムの主な特徴は、リアルタイムアルゴリズムを迅速に設計、試験、展開できることである。本システムは、数百の診断入力とアクチュエータ出力に対応し、プラズマ状態のより深い理解に基づく高度な制御アルゴリズムの設計を可能にするとともに、ポロイダル磁場コイル、ガスバルブ、ジャイロトロン出力、電子サイクロトロン加熱・電流駆動システムのランチャ角度、および診断トリガ信号を含むすべてのTCVアクチュエータを統合的に制御することを可能にする。本システムは、コイル電流および密度制御の基本実験から、磁気流体力学(MHD)およびプラズマ分布制御の先進実験まで、幅広いプラズマ制御応用を包含する。システムは複数のノードで構成され、各ノードはローカルなアナログ/デジタル(ADC)および/またはデジタル/アナログ(DAC)カードを備えることができ、全ノードは反射メモリ(RFM)を介して接続され、ノード間でのメモリ共有の決定的な方法を提供する。最近、リアルタイム(RT)Grad-ShafranovソルバーRTLIUQEに基づく一般化されたプラズマ位置・形状制御器が開発され、先進プラズマ配位による将来の高性能プラズマ運転の基盤を提供している。制御器の設計は等フラックス制御方式に基づいており、特異値分解(SVD)を利用して、より容易に制御可能なパラメータ集合に制御量を限定することにより、ポロイダル磁場コイル電流の制限を考慮している。本制御器は、原理的には、特に非従来型プラズマシナリオ、例えば密接したX点を有する「スノーフレーク」平衡(すなわち「エグザクト」スノーフレーク)の信頼性の高い制御や、Hモードにおける負三角形度プラズマの開発において、改善された平衡制御を提供することができる。デジタル制御システムへの新しいノードの追加により、リアルタイム計算能力が強化され、リアルタイム輸送コードRAPTOR(rapid plasma transport simulator)のホストが可能となった。これにより、リアルタイムのフリンジジャンプ補正を含む高度な密度分布再構築アルゴリズム、ならびにプラズマ状態監視、監視・管理アルゴリズムが実現された。今後、TCVの既存診断からのより多くの信号、例えば多視点ピンホールX線診断、トムソン散乱、可視画像処理、MHDモード解析用磁気信号が追加され、デジタル制御システムの機能がさらに拡張される予定である。