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Effects of control voltage saturation and sensor noise on the resistive wall mode feedback in ITER

S. Wang, Y.Q. Liu, G.Y. Zheng, X.M. Song, G.Z. Hao, G.L. Xia, L. Li, B. Li, N. Zhang, G.Q. Dong2019年被引用 5Nuclear FusionIF 3出版社

Active control of the n  =  1 (n is the toroidal mode number) resistive wall mode (RWM) is numerically studied for an ITER 9 MA plasma designed for the advanced scenario. The large L/R response time of the active coils in ITER results in a significant reduction of the open-loop RWM growth rate, when the active coils act as passive conductors. For a typical RWM, the linear flux-to-voltage control scheme, with proportional controller only, yields complex closed loop eigenvalue (in the absence of plasma flow and drift kinetic effects), before the mode is fully stabilized by feedback. Without sensor signal noise, the RWM feedback system can tolerate a low level of control voltage saturation, typically in the order of 1 V in ITER. The presence of high-frequency sensor signal noise, however, can significantly increase the tolerable level of control power saturation. For a plasma close to the ITER target, and with the feedback gain well beyond the critical value for the linear closed loop stability, the tolerable voltage saturation level is predicted to be about 4 V at the sensor signal noise level (standard deviation) of 0.25 G, and about 40 V at noise level of 1 G. A proportional-derivative controller is beneficial for ideal linear control systems as well in systems with voltage limitation. In the presence of both voltage limitation and sensor noise, the derivative action may make it more difficult to be stabilize the RWM in ITER.

日本語訳

n = 1(nはトロイダルモード数)抵抗性壁モード(RWM)の能動制御を、先進シナリオ用に設計されたITER 9 MAプラズマについて数値的に研究した。ITERにおけるアクティブコイルの大きなL/R応答時間は、アクティブコイルが受動導体として作用する場合、開ループRWM成長率の有意な低減をもたらす。典型的なRWMに対して、比例制御のみを用いた線形フラックス-電圧制御方式は、フィードバックによってモードが完全に安定化される前に、(プラズマ流およびドリフト運動論効果がない場合には)複素閉ループ固有値を生じる。センサ信号ノイズがない場合、RWMフィードバックシステムは低レベルの制御電圧飽和を許容でき、ITERでは典型的には1 Vのオーダーである。しかしながら、高周波センサ信号ノイズの存在は、許容可能な制御電力飽和レベルを有意に増加させ得る。ITER目標に近いプラズマについて、線形閉ループ安定性の臨界値を十分に超えるフィードバックゲインを用いると、許容可能な電圧飽和レベルは、センサ信号ノイズレベル(標準偏差)0.25 Gでは約4 V、ノイズレベル1 Gでは約40 Vと予測される。比例-微分制御は、理想的な線形制御システムだけでなく、電圧制限のあるシステムにおいても有益である。電圧制限とセンサノイズの両方が存在する場合、微分動作はITERにおけるRWMの安定化をより困難にする可能性がある。

装置

iter高精度(タイトル一致)

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ITERResistive wall mode
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