In ITER and DEMO, various control objectives related to plasma control must be simultaneously achieved by the plasma control system (PCS), in both normal operation as well as off-normal conditions. The PCS must act on off-normal events and deviations from the target scenario, since certain sequences (chains) of events can precede disruptions. It is important that these decisions are made while maintaining a coherent prioritization between the real-time control tasks to ensure high-performance operation.In this paper, a generic architecture for task-based integrated plasma control is proposed. The architecture is characterized by the separation of state estimation, event detection, decisions and task execution among different algorithms, with standardized signal interfaces. Central to the architecture are a plasma state monitor and supervisory controller. In the plasma state monitor, discrete events in the continuous-valued plasma state are modeled using finite state machines. This provides a high-level representation of the plasma state. The supervisory controller coordinates the execution of multiple plasma control tasks by assigning task priorities, based on the finite states of the plasma and the pulse schedule.These algorithms were implemented on the TCV digital control system and integrated with actuator resource management and existing state estimation algorithms and controllers. The plasma state monitor on TCV can track a multitude of plasma events, related to plasma current, rotating and locked neoclassical tearing modes, and position displacements.In TCV experiments on simultaneous control of plasma pressure, safety factor profile and NTMs using electron cyclotron heating (ECH) and current drive (ECCD), the supervisory controller assigns priorities to the relevant control tasks. The tasks are then executed by feedback controllers and actuator allocation management. This work forms a significant step forward in the ongoing integration of control capabilities in experiments on TCV, in support of tokamak reactor operation.
ITERおよびDEMOにおいて、プラズマ制御システム（PCS）は、通常運転時および異常時双方において、プラズマ制御に関連する様々な制御目標を同時に達成しなければならない。PCSは、異常事象および目標シナリオからの逸脱に対処する必要がある。なぜなら、事象（連鎖）の特定のシーケンスはディスラプションに先行し得るからである。高い性能の運転を確保するために、リアルタイム制御タスク間の一貫した優先順位付けを維持しながら、これらの決定を行うことが重要である。本論文では、タスクベースの統合プラズマ制御のための汎用アーキテクチャを提案する。このアーキテクチャは、状態推定、事象検出、決定、およびタスク実行を、標準化された信号インターフェースを備えた異なるアルゴリズム間で分離することを特徴とする。中心となるのは、プラズマ状態モニタおよび監視制御装置である。プラズマ状態モニタでは、連続値のプラズマ状態における離散事象が有限状態機械を用いてモデル化される。これにより、プラズマ状態の高レベル表現が提供される。監視制御装置は、プラズマの有限状態およびパルススケジュールに基づいて、複数のプラズマ制御タスクの実行をタスク優先順位を割り当てることにより調整する。これらのアルゴリズムはTCVデジタル制御システム上に実装され、アクチュエータ資源管理、既存の状態推定アルゴリズム、および制御器と統合された。TCV上のプラズマ状態モニタは、プラズマ電流、回転およびロックされた新古典テアリングモード、ならびに位置変位に関連する多数のプラズマ事象を追跡することができる。電子サイクロトロン加熱（ECH）および電子サイクロトロン電流駆動（ECCD）を用いたプラズマ圧力、安全係数プロファイル、およびNTMの同時制御に関するTCV実験において、監視制御装置は関連する制御タスクに優先順位を割り当てる。タスクはその後、フィードバック制御器およびアクチュエータ割り当て管理によって実行される。本研究成果は、トカマク炉運転を支援するための、TCV実験における制御機能の統合を前進させる重要な一歩となる。