LabVIEW对EAST长脉冲等离子体运行的陀螺稳态运行控制

LabVIEW对EAST长脉冲等离子体运行的陀螺稳态运行控制

托卡马克是实现磁约束核聚变最有希望的解决方案之一。电子回旋共振加热（ECRH是一种对托卡马克有吸引力的等离子体加热方法，具有耦合效率高，功率沉积定位好等优点。陀螺加速器是ECRH系统中使用的高功率微波源。实验性先进超导托卡马克（EAST）是世界上第一个完全超导的托卡马克。演示超过1000秒的长脉冲分流器操作是EAST的主要目标之一。ECRH系统是实现这一目标不可或缺的术语。

为了实现EASTECRH系统的6-s长脉冲运行，设计了一种ECRH系统运行方案，可以在不影响原有系统安全性和稳定性的情况下，实现ECRH系统的400-1000-s长脉冲稳态运行。

EASTECRH系统中现在有三个陀螺加速器。三个陀螺子分为两组，如图2所示。每个回旋管都有一个单独的阳极高压电源，同一组中的两个陀螺加速器共用一个阴极高压电源。

 子系统的输入信号由等离子体电流组成EAST主控制台的信号、Trigger In_–60触发信号（预启动信号）、TriggerIn_0触发信号（启动信号），以及来自两套ECRH保护系统的快速过流保护触发信号、RF保护触发信号和电弧保护触发信号。

为了满足信号响应速度和采样频率的要求，选择NI cRIO作为能够实现实时处理和高速输入输出的硬件。它包括NI Linux实时操作系统和可重新配置的现场可编程门阵阵列（FPGA）。NI cRIO-9039用作控制器，多个热插拔高速双向数字模块NI 9401用于数字输入和输出。

设计了手动重启模式、自动重启模式、定时交替运行模式和保护触发交替运行模式4种工作模式。该模式在工作期间无法更改，当时间达到总脉冲时间时停止。发生快速过流保护、射频保护、电弧保护后，可复位并再次投入运行。对于其他保护措施，仍然需要仔细确定原因。因此，针对快速过流保护、RF保护和虚幻电弧保护三种保护设计了重启方案，不考虑在其他保护情况下重启。

控制软件基于LabVIEW编写。稳态操作控制的软件架构分为三部分：1）上位机人机交互界面;2）下部计算机实时VI;3）FPGAVI。上位机主机VI和实时VI通过共享变量和网络流进行数据传输，实时VI和FPGA通过直接存储器访问第一输入第一输出（DMA FIFO）进行通信。可以在上位机的主程序上设置陀螺仪的激活、脉冲时间和工作模式。

逻辑分析仪用于测试稳态运行控制系统。逻辑分析仪的采样频率为100MHz，支持同时显示32个数字信号，并支持边沿触发和电平触发。cRIO在收到Trigger_–20信号、Ip信号和正常定时Trigger_001信号后60.0ms向中央定时控制系统发送就绪信号和启动信号。

10s的ECRH重启响应时间受一个阳极电源响应时间的限制。未来，通过更换阳极电源，这可以大大缩短自动重启的响应时间到810毫秒。通过进一步优化每个硬件系统的响应，这个时间可以进一步减少到几毫秒。

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