Suppression of magnetic islands driven by the neoclassical tearing mode (NTM) is necessary for efficient and sustained operation of tokamak fusion reactors. Compensating for the lack of bootstrap current, due to the pressure profile flattening in the magnetic island, by a localized electron cyclotron current drive (ECCD) has been proved experimentally as an effective method to stabilize NTMs. The effectiveness of this method is limited in practice by the uncertainties in the width of the island, the relative position between the island and the beam, and the ECCD power threshold for NTM stabilization. Heuristic search and suppress algorithms have been proposed and shown effective in improving the alignment of the ECCD beam with the island, using only an estimate of the island width. Making use of this estimate, real-time, non-model-based, extremum-seeking optimization algorithms have also been proposed not only for beam steering but also for power modulation in order to minimize the island-beam misalignment and the time required for NTM stabilization. A control-oriented dynamic model for the effect of ECCD on the magnetic island is proposed in this work to enable both control design and performance analysis of these minimum-seeking type of controllers. The model expands previous work by including the impact of beam modulation parameters such as the island-beam phase mismatch and the beam duty-cycle on the island width dynamics.
磁気島の抑制は、トカマク核融合炉の効率的かつ持続的な運転に必要である。新古典テアリングモード（NTM）によって駆動される磁気島を補償するため、磁気島内の圧力分布の平坦化に起因するブートストラップ電流の欠損を補う局所電子サイクロトロン電流駆動（ECCD）は、NTMを安定化する有効な方法として実験的に実証されている。この方法の実効性は、実際には、磁気島の幅、磁気島とビームの相対位置、およびNTM安定化のためのECCDパワー閾値に関する不確かさによって制限される。ヒューリスティック探索アルゴリズムは、磁気島の幅の推定値のみを用いて、ECCDビームと磁気島の位置合わせを改善するために提案され、その有効性が示されている。この推定値を活用し、リアルタイム・非モデルベースの極値探索最適化アルゴリズムも、ビームのステアリングだけでなくパワー変調にも適用され、磁気島とビームの位置ずれおよびNTM安定化に要する時間を最小化することが提案されている。本稿では、これらの最小値探索型制御器の制御設計と性能解析の両方を可能にするため、磁気島に対するECCDの効果を記述する制御指向の動的モデルを提案する。このモデルは、ビーム変調パラメータ（磁気島とビームの位相ずれやビームのデューティ比など）が磁気島の幅の動的特性に与える影響を組み込むことにより、従来の研究を拡張するものである。