Design and implementation of the plasma control system for the COMPASS tokamak

Abstract

Návrh a implementácia systému kontroly plazmy Mgr. Filip Janky Tokamak COMPASS po opätovnom uvedení do prevádzky v roku 2007 potre- boval nový digitálny kontrolný systém pre svoj experimentálny výskum. Táto dizertačná práca prezentuje návrh a implementáciu kontroly hlavných parametrov plazmy ako prúd, poloha, tvar a elektrónová hustota. Vylepšená kontrola prúdu plazmy s resetovaním referenčných hodnôt potlačuje oscilácie, zabraňuje prekmitu a tak predlžuje trvanie plazmy. Opísaná metóda na určovanie polohy plazmy, vy- ladenie kontroléru a skrátenie oneskorenia, zvýšila stabilitu polohy plazmy a znížila výskyt dizrupcií. Tvar plazmy je kotrolovaný doprednou väzbou s metódou na potlačovanie oscilácií spôsobených vzájomnou indukčnosťou medzi zdrojmi a tiež tým, že využívajú spoločné vinutie. Priemerná elektrónová hustota je v reálnom čase korigovaná podľa d'lžky trasy vlny interferometru plazmou a nelineárnosťou merania. Prezentované kontroléry a ich vylepšenia zohrali kľúčovú úlohu k dosi- ahnutiu H-módu a naplneniu experimentálneho programu. Klíčová slova: tokamak, kontrola prúdu plazmy, kontrola polohy plazmy, kon- trola tvaru plazmy, kontrola elektrónovej hustoty 1

Design and implementation of the plasma control system Mgr. Filip Janky The COMPASS tokamak was recommissioned in 2007 and it needed new digital controllers for its experimental research. This thesis presents the design and imple- mentation of control of main plasma parameters such as plasma current, plasma position, plasma shape and electron density. Improved plasma current control with resetting set points suppresses overshooting and thus increases the length of the flat top phase. A method for estimating the plasma position, gain tuning for the controller and decreasing latencies and delays to obtain robust position control are presented. Lower delays improve plasma stability and decrease the frequency of disruptions. The plasma shape controller is a feedforward controller with a method to suppress oscillations which are coming from mutual inductance between power supplies controlling plasma horizontal position, plasma shape and plasma current, which all use the same coil. Averaged electron density is corrected in real-time according to the interferometer line of sight and a non-linearity of measurement. Controllers and their improvements described here, played a major role in achiev- ing H-mode scenario and fulfilling the experimental program. Keywords: tokamak, plasma current control, plasma position...