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Modeling active control of resistive wall mode with power saturation and sensor noise on HL-2M

S Wang, Y Q Liu, G L Xia, X M Song, G Z Hao, L Li, B Li, N Zhang, G Q Dong, X Bai2021年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The resistive wall mode (RWM) control on the HL-2M tokamak is simulated with the MARS-F code (Liu et al 2000 Phys. Plasmas7 3681), aiming at quantifying control current and voltage requirements when more realistic issues are taken into account, i.e. the control power saturation and the sensor signal noise. The fluid model predicts a narrow stability region for the n = 1 RWM without magnetic feedback, in the 2D parameter space of the plasma pressure versus the toroidal flow speed. Magnetic feedback can fully stabilize the RWM on HL-2M. Without considering the voltage limitation and the sensor signal noise, it is found that plasma flow helps active control of the mode, by reducing the required critical feedback gain for both flux-to-current and flux-to-voltage control schemes. In the absence of the sensor signal noise, the lowest control voltage saturation level, below which the RWM control is lost, is found to roughly satisfy a linear relation to the plasma flow frequency, indicating that subsonic plasma flow is effective in relaxing the control power requirement for the RWM feedback stabilization. The presence of the sensor signal noise substantially modifies the feedback results. A statistical study finds that the sensor signal noise, with the standard deviation of 0.1 G on HL-2M, roughly doubles the required control voltage for successful mode control. The synergistic stabilization effect due to plasma flow is somewhat weakened by the presence of the sensor signal noise. At a given rotation, the tolerable voltage limit generally increases with increasing feedback gain due to the sensor signal noise.

日本語訳

抵抗性壁モード(RWM)制御がHL-2MトカマクにおいてMARS-Fコード(Liuら 2000 Phys. Plasmas7 3681)を用いてシミュレーションされ、より現実的な課題、すなわち制御電力の飽和とセンサー信号ノイズを考慮した場合の制御電流および電圧要件の定量化を目的としている。流体モデルは、プラズマ圧力対トロイダル流速度の2次元パラメータ空間において、磁気フィードバックなしの場合のn=1 RWMに対する狭い安定領域を予測する。磁気フィードバックによりHL-2M上のRWMを完全に安定化できる。センサー信号ノイズと電圧制限を考慮しない場合、プラズマ流は、磁束-電流制御方式と磁束-電圧制御方式の両方において必要な臨界フィードバックゲインを低減することにより、モードの能動制御に寄与することが見出された。センサー信号ノイズが存在しない場合、RWM制御が失われる最低の制御電圧飽和レベルは、プラズマ流周波数とほぼ線形関係を満たすことが見出され、亜音速プラズマ流がRWMフィードバック安定化における制御電力要件の緩和に有効であることを示している。センサー信号ノイズの存在はフィードバック結果を大幅に変更する。統計的研究により、HL-2M上で標準偏差0.1Gのセンサー信号ノイズは、モード制御成功に必要な制御電圧をほぼ2倍にすることが見出された。プラズマ流による相乗的安定化効果は、センサー信号ノイズの存在によりいくぶん弱められる。所与の回転において、許容電圧限界は一般に、センサー信号ノイズによるフィードバックゲインの増加とともに上昇する。

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Resistive wall modeHL-2M
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