Interest in real-time control of magnetic field errors and magnetohydrodynamic (MHD) instabilities has been growing in the last decades due to the demanding stability requirements of high-performance scenarios in fusion devices. In this framework, the RFX-mod experiment (Sonato et al 2003 Fusion Eng. Des.66 161) plays an important role. One of the main goals of RFX-mod is to explore high-plasma current regimes up to 2 MA for the first time in a reversed-field pinch. To this aim, RFX-mod is equipped with an advanced active coil system for the control of error fields and MHD modes, such as tearing and resistive-wall modes. As far as tearing modes are concerned, both controlling their edge radial magnetic field and maintaining them into slow (∼10–100 Hz) rotation are crucial to reduce both the plasma–wall interaction and the core magnetic stochasticity. In this paper, a model-based optimization of the RFX-mod feedback control is presented. The aim is to find an optimal gain set for a spectrum of multiple tearing modes, which produces the lowest possible value of the edge radial magnetic field, maintaining at the same time the modes into slow rotation and avoiding coil current saturations. These optimal gains have first been calculated offline by simulating the non-linear dynamics of a spectrum of tearing modes interacting through viscous and electromagnetic torques, using an adaptation to the RFX-mod multiple-shell layout of the model described in Zanca (2009 Plasma Phys. Control. Fusion51 015006). This gain set has been obtained by scanning the proportional and derivative gains and has been tested in an extensive experimental campaign, showing good agreement with the model. With this approach, a reduction in the edge radial magnetic field up to 15%, with respect to discharges in which an empirical optimization was used, has been obtained. The above model proved to be a powerful tool to tune a multi-mode controller offline, which allowed us to save a large amount of experimental time.
磁場誤差および磁気流体力学（MHD）不安定性のリアルタイム制御への関心は、高性能核融合装置シナリオにおける厳しい安定性要件により、過去数十年間にわたって高まってきている。この枠組みにおいて、RFX-mod実験装置（Sonatoら 2003 Fusion Eng. Des. 66 161）は重要な役割を果たしている。RFX-modの主な目標の一つは、反転磁場ピンチにおいて初めて2 MAまでの高プラズマ電流領域を探求することである。この目的のため、RFX-modには、誤差磁場およびテアリングモードや抵抗性壁モードなどのMHDモードを制御するための先進的なアクティブコイルシステムが装備されている。テアリングモードに関しては、その端部動径磁場の制御と、モードを約10〜100 Hzの低速回転に維持することの両方が、プラズマ・壁相互作用とコア磁場確率性の両方を低減するために極めて重要である。本論文では、RFX-modのフィードバック制御のモデルベース最適化について述べる。目的は、端部動径磁場の可能な限り低い値を実現し、同時にモードを低速回転に維持しつつコイル飽和を回避する、複数のテアリングモードスペクトルに対する最適なゲインセットを見出すことである。これらの最適ゲインは、まず、Zanca（2009 Plasma Phys. Control. Fusion 51 015006）に記載されたモデルをRFX-modの多層シェル構造に適合させたものを用いて、粘性トルクと電磁トルクを介して相互作用するテアリングモードスペクトルの非線形ダイナミクスをシミュレーションすることによりオフラインで計算された。このゲインセットは、比例ゲインおよび微分ゲインを走査することによって得られ、広範な実験キャンペーンにおいて検証され、モデルと良好な一致を示した。このアプローチにより、経験的最適化を用いた放電と比較して、端部動径磁場を最大15%低減することが達成された。上記のモデルは、マルチモードコントローラをオフラインで調整するための強力なツールであることが実証され、これにより実験時間を大幅に節約することが可能となった。