A finite-state off-normal and fault response (ONFR) system is presented that provides the supervisory logic for comprehensive disruption avoidance and machine protection in tokamaks. Robust event handling is critical for ITER and future large tokamaks, where plasma parameters will necessarily approach stability limits and many systems will operate near their engineering limits. Events can be classified as off-normal plasmas events, e.g. neoclassical tearing modes or vertical displacements events, or faults, e.g. coil power supply failures. The ONFR system presented provides four critical features of a robust event handling system: sequential responses to cascading events, event recovery, simultaneous handling of multiple events and actuator prioritization. The finite-state logic is implemented in Matlab®/Stateflow® to allow rapid development and testing in an easily understood graphical format before automated export to the real-time plasma control system code. Experimental demonstrations of the ONFR algorithm on the DIII-D and KSTAR tokamaks are presented. In the most complex demonstration, the ONFR algorithm asynchronously applies 'catch and subdue' electron cyclotron current drive (ECCD) injection scheme to suppress a virulent 2/1 neoclassical tearing mode, subsequently shuts down ECCD for machine protection when the plasma becomes over-dense, and enables rotating 3D field entrainment of the ensuing locked mode to allow a safe rampdown, all in the same discharge without user intervention. When multiple ONFR states are active simultaneously and requesting the same actuator (e.g. neutral beam injection or gyrotrons), actuator prioritization is accomplished by sorting the pre-assigned priority values of each active ONFR state and giving complete control of the actuator to the state with highest priority. This early experience makes evident that additional research is required to develop an improved actuator sharing protocol, as well as a methodology to minimize the number and topological complexity of states as the finite-state ONFR system is scaled to a large, highly constrained device like ITER.
有限状態のオフノーマルおよびフォールト応答（ONFR）システムを提示する。これは、トカマクにおける総合的なディスラプション回避と機械保護のための監視論理を提供するものである。堅牢な事象処理は、ITERおよび将来の大型トカマクにとって極めて重要であり、そこではプラズマパラメータが必然的に安定性限界に近づき、多くのシステムが工学限界付近で動作することになる。事象は、オフノーマルプラズマ事象（例：新古典テアリングモードや垂直変位事象）またはフォールト（例：コイル電源故障）として分類できる。提示されるONFRシステムは、堅牢な事象処理システムの4つの重要な機能を提供する：カスケード事象への順次応答、事象からの回復、複数事象の同時処理、およびアクチュエータの優先順位付けである。有限状態論理はMatlab®/Stateflow®で実装され、理解しやすいグラフィカル形式での迅速な開発と試験を可能にし、その後、実時間プラズマ制御システムへの自動エクスポートが行われる。DIII-DおよびKSTARトカマクにおけるONFRアルゴリズムの実験的実証を示す。最も複雑な実証では、ONFRアルゴリズムが非同期に「捕捉および抑制」電子サイクロトロン電流駆動（ECCD）入射方式を適用して2/1新古典テアリングモードを抑制し、その後、プラズマが過密状態になった際に機械保護のためECCDを停止し、続いて発生するロックモードに対して回転3次元磁場の捕捉を可能にして安全な減衰を実現する。これらはすべて、ユーザーの介入なしに同一放電内で実行される。複数のONFR状態が同時にアクティブであり、同一のアクチュエータ（例：中性粒子入射やジャイロトロン）を要求している場合、アクチュエータの優先順位付けは、各アクティブなONFR状態に事前割り当てされた優先順位値の並べ替えによって達成され、最も高い優先順位を持つ状態にアクチュエータの完全な制御が与えられる。この初期の経験から、ITERのような大規模で高度に制約された装置に有限状態ONFRシステムを拡張する際には、改善されたアクチュエータ共有プロトコルと、状態の数およびトポロジー的複雑性を最小化する方法論の開発がさらに必要であることが明らかになった。