Pellet injection is regarded as the only realistic actuator for core density control in future reactors such as ITER and DEMO. However, a control strategy that can reliably regulate the plasma close to operational limits using multiple pellet injectors is not yet available. In this paper, we present the first integrated model control simulations where a dedicated model-predictive controller is included in JINTRAC. We show that, when continuous actuators are considered, a simple transport model with a steady-state disturbance rejection paradigm is capable of capturing the particle transport dynamics for multiple transport models and scenarios. This in turn allows the model-predictive controller to deal with the uncertainty and minimize the control error given the limited actuation space. Furthermore, we show that for ITER and DEMO relevant pellet sizes, the discrete, nonlinear dynamics of pellet injection will limit the control performance and jeopardize the constraints if not accounted for by the controller. Hence, we conclude that for high-performance control on future reactors, controllers will have to be developed that explicitly deal with the discrete pellet dynamics.
ペレット入射は、ITERやDEMOのような将来の炉におけるコア密度制御のための唯一の現実的なアクチュエータと見なされている。しかしながら、複数のペレット入射装置を用いてプラズマを運転限界近くで確実に調整できる制御戦略は、まだ利用可能ではない。本論文では、専用のモデル予測制御器がJINTRACに組み込まれた最初の統合モデル制御シミュレーションを提示する。連続アクチュエータを考慮した場合、定常状態外乱抑制パラダイムを持つ単純な輸送モデルが、複数の輸送モデルとシナリオに対して粒子輸送ダイナミクスを捉えることができることを示す。これにより、モデル予測制御器は不確かさに対処し、限られた操作空間の下で制御誤差を最小化することが可能になる。さらに、ITERおよびDEMOに関連するペレットサイズにおいて、ペレット入射の離散的で非線形なダイナミクスが、制御器によって考慮されない場合、制御性能を制限し、制約を危険にさらすことを示す。したがって、将来の炉における高性能制御のためには、離散的なペレットダイナミクスを明示的に対処する制御器を開発する必要があると結論付ける。