Robust real-time control algorithms for tracking plasma kinetic parameters in advanced tokamak scenarios are developed based on linear state-space (LSS) dynamic models. The real-time control algorithms under study comprise the robust control, the linear quadratic integral control and the internal model control. The plasma models used in this work are restricted to LSS models identified from dedicated simulation/experimental data, though the proposed control algorithms can conveniently be extrapolated to broadly incorporate linear models obtained from first-principles plasma theory. The control objective is to track plasma kinetic parameters of interest to desired operating points in advanced tokamak scenarios by actuating additional heating & current drive systems in real-time. Plasma kinetic parameters involve the poloidal pressure parameter βp, the internal inductance , the average toroidal rotation angular speed and the electron temperature on axis while the actuators are the ion cyclotron resonance heating and lower hybrid current drive systems. In order to achieve enhanced control performance, two control layers are designed. The outer layer, i.e. an internal model-based proportional-integral actuator controller, operating on a fast timescale ( the energy confinement time τE) aiming at tracking the commands requested by the inner kinetic controllers, while the inner layer, i.e. a kinetic controller chosen from various alternatives, running on a slow timescale () is dedicated to tailoring plasma kinetic parameters. Simulation results for the experimental advanced superconducting tokamak (EAST) tokamak are provided and compared to show the capabilities of each control approach. Dedicated kinetic control experiments conducted in an H-mode scenario on EAST are reported as well. The advantages and limits of these control algorithms are discussed and summarised.
先進トカマクシナリオにおけるプラズマ運動量パラメータを追跡するためのロバストなリアルタイム制御アルゴリズムは、線形状態空間（LSS）動的モデルに基づいて開発される。検討対象のリアルタイム制御アルゴリズムは、ロバスト制御、線形二次積分制御、および内部モデル制御で構成される。本研究で使用されるプラズマモデルは、専用のシミュレーション／実験データから同定されたLSSモデルに限定されるが、提案された制御アルゴリズムは、第一原理プラズマ理論から得られた線形モデルを広く組み込むように容易に拡張可能である。制御目標は、先進トカマクシナリオにおいて、追加加熱及び電流駆動システムをリアルタイムで操作することにより、関心対象のプラズマ運動量パラメータを所望の動作点に追従させることである。プラズマ運動量パラメータには、ポロイダル圧力パラメータβp、内部インダクタンス、平均トロイダル回転角速度、および電子温度が含まれ、一方、アクチュエータはイオンサイクロトロン共鳴加熱および低域混成波電流駆動システムである。制御性能を向上させるために、2層の制御構造が設計される。外側層は、内部モデルに基づく比例積分アクチュエータ制御器であり、エネルギー閉じ込め時間τEの速い時間スケールで動作し、内側層の運動量制御器からの指令を追跡することを目的とする。内側層は、運動量制御器であり、複数の代替案から選択され、遅い時間スケールで動作し、プラズマ運動量パラメータの調整に特化している。実験超伝導トカマク（EAST）トカマクにおけるシミュレーション結果を示し、各制御手法の能力を比較する。さらに、EASTにおけるHモードシナリオで実施された専用の運動量制御実験についても報告する。最後に、これらの制御アルゴリズムの利点と限界について考察し、要約する。