The high-performance operational goals of NSTX-U will require development of advanced feedback control algorithms, including control of βN and the safety factor profile. In this work, a novel approach to simultaneously controlling βN and the value of the safety factor on the magnetic axis, q0, through manipulation of the plasma boundary shape and total beam power, is proposed. Simulations of the proposed scheme show promising results and motivate future experimental implementation and eventual integration into a more complex current profile control scheme planned to include actuation of individual beam powers, density, and loop voltage. As part of this work, a flexible framework for closed loop simulations within the high-fidelity code TRANSP was developed. The framework, used here to identify control-design-oriented models and to tune and test the proposed controller, exploits many of the predictive capabilities of TRANSP and provides a means for performing control calculations based on user-supplied data (controller matrices, target waveforms, etc). The flexible framework should enable high-fidelity testing of a variety of control algorithms, thereby reducing the amount of expensive experimental time needed to implement new control algorithms on NSTX-U and other devices.
NSTX-Uの高性能運転目標を達成するには、βNおよび安全係数プロファイルの制御を含む、高度なフィードバック制御アルゴリズムの開発が必要となる。本研究では、プラズマ境界形状と全ビーム出力の操作を通じて、βNと磁気軸上の安全係数値q0を同時に制御する新しい手法を提案する。提案されたスキームのシミュレーションは有望な結果を示し、将来の実験的実装と、個別ビーム出力、密度、およびループ電圧の作動を含むより複雑な電流プロファイル制御スキームへの最終的な統合を動機付ける。本研究の一環として、高忠実度コードTRANSP内で閉ループシミュレーションのための柔軟なフレームワークが開発された。このフレームワークは、制御設計指向モデルの同定、提案されたコントローラの調整とテストに使用され、TRANSPの多くの予測機能を活用し、ユーザー提供データ（コントローラ行列、目標波形など）に基づく制御計算を実行する手段を提供する。この柔軟なフレームワークにより、さまざまな制御アルゴリズムの高忠実度テストが可能となり、NSTX-Uやその他の装置に新しい制御アルゴリズムを実装するために必要な高コストな実験時間を削減できるはずである。