The sawtooth instability is associated with the triggering of neo-classical tearing modes, core fuelling, α-confinement and the exhaust of thermal helium. Sawtooth control is therefore important for optimal reactor performance in ELMy H-modes. Control schemes for the sawtooth period have been published in the literature, but the systematic design of high-performance controllers (yielding accurate and fast convergent responses) has not been addressed. In this work, three control strategies for high-performance sawtooth control are presented using electron cyclotron current drive (ECCD). Both degrees of freedom of the ECCD actuator will be explored and combined with advanced controller designs. First, the ECCD deposition location is used as a control variable, for which a gain-scheduled feedback controller and static feedforward control is derived. Second, the use of the driven current as a control variable is explored, and a simple controller is designed based on the identified dynamics. In the third approach both control variables are joined in an overall controller design, which enables the combination of high-performance control of the sawtooth period and control of the gyrotron power. Time-domain simulations with a combined Kadomtsev–Porcelli sawtooth model show that each strategy obtains a better closed-loop performance than standard linear feedback techniques on merely the deposition location.
鋸歯状不安定性は、新古典的テアリングモードの誘発、コア燃料供給、α粒子閉じ込め、および熱ヘリウムの排出と関連している。したがって、鋸歯状制御はELMy Hモードにおける最適な炉性能にとって重要である。鋸歯状周期の制御方式は文献に発表されているが、高性能制御器（正確かつ高速収束応答をもたらす）の系統的設計は扱われていない。本研究では、電子サイクロトロン電流駆動（ECCD）を用いた高性能鋸歯状制御のための3つの制御戦略を提示する。ECCDアクチュエータの両方の自由度を探求し、高度な制御器設計と組み合わせる。第一に、ECCD堆積位置を制御変数として使用し、これに対してゲインスケジューリングフィードバック制御器と静的フィードフォワード制御を導出する。第二に、駆動電流を制御変数として使用することを探求し、同定された動特性に基づいて単純な制御器を設計する。第三のアプローチでは、両方の制御変数を統合した制御器設計に結合し、鋸歯状周期の高性能制御とジャイロトロン出力の制御の組み合わせを可能にする。結合されたKadomtsev–Porcelli鋸歯状モデルを用いた時間領域シミュレーションは、各戦略が堆積位置のみに対する標準的な線形フィードバック手法よりも優れた閉ループ性能を得ることを示している。