Active feedback of non-axisymmetric external modes in tokamaks is studied by means of combined MHD and control analysis. The MARS code for toroidal MHD stability analysis has been extended to compute transfer functions for the electromagnetic response of the plasma, the coils and the resistive wall. These transfer functions are used for controller design. The controller is designed to allow for the longest possible response time of the amplifier-feedback coil circuit, such that certain predetermined performance criteria are satisfied. Calculations are presented for high beta advanced tokamak equilibria with ITER-FEAT shape.With an array of feedback coils that has only one coil in the poloidal direction, and assuming a single resistive wall, control of modes with toroidal mode number n = 1 is found to be possible for βN up to 5, or twice the no-wall limit. Sensors for the poloidal field are superior to sensors for the radial field. Feedback coils with a rather broad cross-section have significant advantages over thin-wire coils. The controller needs to have significant derivative action, but the requirements on the time constant of the amplifier-feedback coil circuit are moderate. This time needs to be less than a few resistive wall times, and broad strips allow an even longer time constant.
非軸対称外部モードのトカマクにおける能動フィードバック制御を、MHDと制御の複合解析により研究する。トロイダルMHD安定性解析用コードMARSを拡張し、プラズマ、コイル、および抵抗性壁の電磁応答に関する伝達関数を計算できるようにした。これらの伝達関数はコントローラ設計に用いられる。コントローラは、増幅器-フィードバックコイル回路の応答時間を可能な限り長く許容できるように設計され、所定の性能基準を満たすことを可能にする。ITER-FEAT形状を持つ高ベータ先進トカマク平衡について計算結果を示す。ポロイダル方向に1つのフィードバックコイルのみを有するコイル配列を用い、単一の抵抗性壁を仮定した場合、トロイダルモード数n=1のモードの制御は、無壁ベータ限界の2倍に相当するβ_N=5まで可能であることが見出された。ポロイダル磁場センサーは、ラジアル磁場センサーよりも優れている。断面が比較的広いフィードバックコイルは、細線コイルに比べて大きな利点を有する。コントローラには有意な微分動作が必要であるが、増幅器-フィードバックコイル回路の時定数に対する要求は緩やかであり、抵抗性壁時定数の数倍未満であればよい。広幅コイルを用いれば、許容時定数はさらに長くなる。