JPH06109882A - 核融合装置のプラズマ位置形状制御方法及びその装置 - Google Patents

核融合装置のプラズマ位置形状制御方法及びその装置

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JPH06109882A
JPH06109882A JP4254751A JP25475192A JPH06109882A JP H06109882 A JPH06109882 A JP H06109882A JP 4254751 A JP4254751 A JP 4254751A JP 25475192 A JP25475192 A JP 25475192A JP H06109882 A JPH06109882 A JP H06109882A
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JP
Japan
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plasma
value
time
measurement
position shape
Prior art date
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Pending
Application number
JP4254751A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Takeuchi
一浩 竹内
Shigemitsu Hara
原  重充
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 運転時間が増大しても制御精度が劣化せず、
さらに短時間で精度の良い計測器を用いた場合と同程度
の制御精度を長時間に渡って保証する。 【構成】 短時間ならば精度の良い計測器2aと並列に、
時間に依存せず精度がほぼ一定である計測器2b〜2eを設
け、両者の計測値にたいする重み付けを演算処理手段4
で行う。2種以上の計測器の計測値に対する重みを時間
変化させ、常に最も精度の良い計測値に基づいた制御を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は核融合装置のプラズマ位
置形状制御方法及びその制御装置に係り、特に、長時間
継続してプラズマを制御するのに好適なプラズマ位置形
状制御方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の制御装置、とくに核融合装置のプ
ラズマ位置形状制御装置は、「プラズマ・核融合学会第
4回秋季講演会予稿集」53頁(1987)に示される
ように、積分器を用いた磁場計測装置によりプラズマ周
辺の磁場を計測し、プラズマ電流値や位置形状を求める
のが一般的である。プラズマ位置形状は、複数の磁場計
測値の線形結合により比較的精度良く求められる。更
に、位置形状の精度を上げるためには、特開平3-242598
号公報記載のように、非線形の演算を用いることもでき
る。ただし、これらはいずれも磁場計測値の計測精度に
依存するため、磁場計測精度が良いことが前提である。
【0003】また、磁場計測によらずプラズマから発せ
られる軟X線によりプラズマ位置を計測することもで
き、ニュークリアフュージョン第30巻(1990年)第111
頁から141頁(Nucl. Fusion 30 (1990) 111-141)にそ
の一例が示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】核融合装置のプラズマ
放電時間は、現状で約10秒である。次期装置では、プラ
ズマ放電時間は約1000秒から無限大(つまり連続運転)
となる。このように長時間継続してプラズマ放電を行う
場合、従来技術では対処できない事態が生じる。
【0005】積分器を用いた磁場計測は、計測誤差が時
間とともに増大するゼロ点ドリフトの問題があり、長時
間計測には適用できない。積分操作を用いる磁場計測で
は、現状の最高精度の積分器が0.015%/秒の誤差を持
つことから、1000秒では誤差が15%となる。プラズマ制
御に用いる磁場計測の誤差許容値は高々数%であり、積
分操作を用いる磁場計測を用いたプラズマ位置形状制御
装置は適用不可能である。
【0006】一方、軟X線などによるプラズマ位置計測
では、プラズマ計測精度は十分でなく、また、核融合装
置の壁の状態、燃料の組成等により、プラズマ放電毎に
発光の具合が異なるため、直接プラズマ位置形状制御装
置に適用することはできない。
【0007】これらの問題を解決する従来技術として、
特開昭63−266391号公報記載のものがある。こ
の従来技術では、光センサによる計測器と磁気計測器の
2つを設け、磁気計測器に用いる積分器を光センサによ
る計測値に基づいて誤差が所定値に達する毎にオフセッ
トし、積分器による誤差が蓄積しないようにしている。
【0008】しかし、この従来技術のように誤差が所定
値に達する毎に積分器をオフセットすることは、そのオ
フセットの周期で計測精度が変化することを意味し、制
御対象によっては好ましくない結果になる虞がある。
【0009】本発明の目的は、運転時間が増大しても制
御精度が劣化しないプラズマ位置形状制御方法及びその
装置等を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的は、短時間なら
ば精度の良い第1計測器と、時間に依存せず精度がほぼ
一定の第2計測器と、両者の計測値に対する重み付けを
して両計測値から制御量を求める演算処理手段とを設け
ることで、達成される。
【0011】上記目的は、また、制御装置の運転開始直
後に、前記第1計測器の計測値で前記第2計測器を較正
することでも、達成される。
【0012】
【作用】演算処理手段は、運転開始初期は、第1計測器
の信号の重みを大きくし、主としてこの信号に基づき制
御対象を制御する。運転開始から時間が経過するに従
い、第2計測器の計測値に基づく制御量を大きくし、時
間の経過に伴って精度が低下する第1計測器の計測値に
よる制御量の比率を小さくする。
【0013】制御対象の変動が、一方の計測器の計測精
度を一時的に劣化させるとき、この制御対象の変動に応
じて他方の計測器の重みを一時的に大きくすることで、
制御対象の変動の計測器への影響を緩和する。
【0014】短時間ならば精度はよいが長時間では精度
が劣化する第1計測器と、精度は運転時間によらずほぼ
一定だがその精度が制御装置の目的のために十分でない
第2計測器しかない場合、どちらの計測器を用いても、
必要な制御精度は得られないが、両者の計測値に重み付
けした値に基づいて制御量を求め、この重みを時間の関
数にすることで、あるいは制御対象の変動の有無,大き
さに応じて変化させることで、常に最適な制御が可能に
なる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1は、本発明の一実施例に係る核融合装置の
プラズマ位置形状制御装置への応用例を示す図である。
図1において、制御対象はプラズマ1であり、コイル8
の電流を制御してプラズマ1をトーラス状容器内に閉じ
込める磁場を制御することで、プラズマ1の位置・形状
を制御する。磁場センサ2aは、プラズマ周囲の複数箇所
の磁場を計測し、信号処理装置3aに送る。信号処理装置
3aは、磁場の計測値に基づき回帰式処理を行って、現在
のプラズマの位置・形状を求める。この回帰式を数式1
に示す
【0016】
【数1】
【0017】ここで、 δ :プラズマ位置形状パラメータ Ci,Dj:定数 bi,bj:磁場計測値 である。
【0018】この処理により、運転開始後10分程度まで
は、精度良くプラズマの位置・形状を求めることができ
る。この位置形状パラメータをδ1とする。一方、可視
光センサ2b、軟X線センサ2c、密度センサ2d、温度セン
サ2eからの信号は、ニューラルネットによるパターン認
識の信号処理装置3bへ送られ、各信号の強度分布に対応
してプラズマ位置形状のパラメータを決定する。これを
δ2とする。位置形状パラメータδ1の精度は、磁場計測
精度に依存し、相対誤差はおよそ1%/分で増加する。
【0019】一方、位置形状パラメータδ2は、約10%
の相対誤差があるが、これは時間に依存しない。そこで
演算装置4では、運転開始直後は、位置形状パラメータ
δ1に重みを置き、時間とともにδ2へと重みを移して行
く。すなわち次式2の演算を行う。
【0020】
【数2】
【0021】プラズマの位置形状変動が大きいとき、予
め予測できない渦電流の作る磁場のため、位置形状パラ
メータδ1は一時的に誤差が大きくなることがある。こ
のとき、W(t)を計測したδの時間変化に応じて小さく
することにより、この渦電流の影響を緩和する。重みW
(t)の時間変化の一例を図2に示す。W(t)を変化させる
特徴的時間は、磁場計測の積分操作の精度により決定す
る。
【0022】また、運転開始後1〜2分間は、δ1の精
度がδ2のそれに比較して圧倒的に良い。そこでこの
間、δ1を用いて信号処理装置3bがその運転に固有の特
徴をオンラインで学習する。すなわち、装置壁の状態、
環境温度によるセンサゲインの較正誤差、プラズマ燃料
ガスの組成による発光強度の偏り等に起因する測定誤差
を学習し補正する。これにより、δ2の計測精度を運転
初期のδ1程度にまで改善でき、数式2で得られる位置
形状パラメータδは運転終了までその精度を保持でき
る。さらにデータ処理装置5では、運転終了後、または
運転中のデータ処理の空き時間に、δ1およびδ2を比較
することにより、信号処理装置3bに学習させる。
【0023】制御器6では、位置形状パラメータδとそ
の目標値δ0との差に基づいて、制御電源7に電圧指令
を送り、これにより駆動されるコイル8の発生する磁場
により、プラズマの位置・形状は制御される。
【0024】本実施例によれば、従来技術では時間とと
もに制御精度が悪化していたプラズマ位置形状を、放電
初期の制御精度に抑えることができ、プラズマの安定な
放電を実現できる効果がある。
【0025】図3は、本発明の第2実施例に係る電流制
御装置の構成図である。図3において、電線9を流れる
電流は、ロゴスキーコイル10で計測する。ロゴスキーコ
イルは電流値の時間変化に比例する電圧を発生し、これ
を積分器11で積分することにより電流値を得る。ロゴス
キーコイルの計測は短時間では精度がよいが、積分器の
ドリフト誤差のため、長時間の電流計測は不可能であ
る。長時間計測のため、磁性体入りの環状ソレノイド12
と、ホール素子13を組み合わせた電流計測値を取り付け
る。ホール素子13の計測磁場が零になるよう環状ソレノ
イド12の電流を制御し、その電流値から電線9に流れる
電流値を計測できる。この計測方法では、ホール素子の
オフセット電圧(不平衡電圧)や磁性体の残留磁界など
の誤差要因があるが、これらは時間には依存せずほぼ変
化しない。信号処理装置3cでは、環状ソレノイド12に流
れる電流値から電線9の電流値を決定するとともに、運
転開始初期には、ロゴスキーコイル10及び積分器11を用
いた計測値により、上記要因による誤差を補正する。演
算装置4では、運転初期には積分器11の出力に重みを大
きくし、徐々に信号処理装置3cの出力へと重みを移して
いく。この演算装置により電線9の電流値が決定され、
制御電源7により電流値が制御される。
【0026】本実施例によれば、短時間でのロゴスキー
コイルの計測精度を保ったまま、オフセット誤差無く電
流値を連続的に制御できる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、2種以上の計測器の計
測値に対する重みを時間変化させられるので、常に最も
精度の良い計測値に基づいた制御を行うことができる。
さらに、制御量の時間変化によるある計測器への悪影響
を、他の計測器により緩和することができ、制御精度の
低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る制御装置のブロック
図である。
【図2】図1に示す演算装置で用いる重みの時間変化を
示す図である。
【図3】本発明の第2実施例に係る電流制御装置のブロ
ック図である。
【符号の説明】
1…プラズマ、2a〜2e…計測器、3a〜3c…信号処理装
置、4…演算装置、5…データ処理装置、6…制御器、
7…制御電源、8…コイル、9…電線、10…ロゴスキー
コイル、11…積分器、12…環状ソレノイド、13…ホール
素子。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマの位置形状の計測値と目標値と
    の偏差に応じて該偏差を減少させる方向にプラズマの位
    置形状を制御する磁場の制御を行う核融合装置のプラズ
    マ位置形状制御方法において、プラズマの位置形状を計
    測する測定原理の異なる複数種類の計測器による各計測
    値に重みを付けて演算し、演算結果と目標値との偏差に
    応じて磁場の制御を行うに際し、前記重みをプラズマ発
    生からの経過時間に従って変化させることを特徴とする
    核融合装置のプラズマ位置形状制御方法。
  2. 【請求項2】 プラズマの位置形状の計測値と目標値と
    の偏差に応じて該偏差を減少させる方向にプラズマの位
    置形状を制御する磁場の制御を行う核融合装置のプラズ
    マ位置形状制御装置において、プラズマの位置形状を計
    測する測定原理の異なる複数種類の計測器と、各計測器
    による各計測値に重みを付けて演算し演算結果と目標値
    との偏差に応じて磁場の制御を行う制御手段と、前記重
    みをプラズマ発生からの経過時間に従って変化させる手
    段とを備えることを特徴とする核融合装置のプラズマ位
    置形状制御装置。
  3. 【請求項3】 プラズマの位置形状の計測値と目標値と
    の偏差に応じて該偏差を減少させる方向にプラズマの位
    置形状を制御する磁場の制御を行う核融合装置のプラズ
    マ位置形状制御装置において、プラズマ発生から短時間
    の間ならば精度良くプラズマの位置形状を計測する第1
    計測器と、時間に依存せず精度がほぼ一定の第2計測器
    と、第1計測器の計測値と第2計測器の計測値の各々に
    重みを付けて実際の計測値とし該計測値と前記目標値と
    の偏差に応じて磁場の制御を行う制御手段と、前記重み
    をプラズマ発生からの経過時間に応じて変化させる手段
    とを設けたことを特徴とする核融合装置のプラズマ位置
    形状制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、制御すべき物理量の
    時間変化量の大小に応じて、時間変化量の大きいときは
    変動値に対する精度劣化の小さい計測信号への依存割合
    を大きくし、時間変化量の小さい時には定常値に対する
    精度のよい計測信号への依存割合を大きくするように前
    記重みを設定することを特徴とする核融合装置のプラズ
    マ位置形状制御装置。
  5. 【請求項5】 プラズマの位置形状の計測値と目標値と
    の偏差に応じて該偏差を減少させる方向にプラズマの位
    置形状を制御する磁場の制御を行う核融合装置のプラズ
    マ位置形状制御装置において、プラズマ発生から短時間
    の間ならば精度良くプラズマの位置形状を計測する第1
    計測器と、時間に依存せず精度がほぼ一定の第2計測器
    と、プラズマ発生時に前記第1計測器の計測値に基づい
    て前記第2計測器の計測値の校正を行い、該第2計測器
    の計測値に基づいて磁場の制御を行うことを特徴とする
    核融合装置のプラズマ位置形状制御装置。
  6. 【請求項6】 制御すべき量の計測値と目標値との差に
    応じその制御量を変化させる制御装置において、複数の
    計測器と、各計測器の各計測値に計測時間と共に変化さ
    せる重みを付けて演算した値と前記目標値との差に応じ
    て制御量を変化させる手段を設けたことを特徴とする制
    御装置。
  7. 【請求項7】 請求項6において、計測時間に伴う精度
    低下の大きい計測器の信号については計測初期での依存
    割合が大きくなるようにし、精度低下の小さい計測器の
    信号については計測後期での依存割合が大きくなるよう
    に前記重みを設定することを特徴とする制御装置。
  8. 【請求項8】 請求項6において、装置運転中の特定の
    時間帯に、ある一つの計測器の信号によりもう一つの計
    測器の信号の補正値を学習させる機能を持つことを特徴
    とする制御装置。
  9. 【請求項9】 請求項6において、制御すべき物理量の
    時間変化量の大小に応じて、時間変化量の大きいときは
    変動値に対する精度劣化の小さい計測信号への依存割合
    を大きくし、時間変化量の小さい時には定常値に対する
    精度のよい計測信号への依存割合を大きくするように前
    記重みを設定することを特徴とする制御装置。
  10. 【請求項10】 制御すべき量の計測値と目標値との差
    に応じその制御量を変化させる制御方法において、複数
    の計測器の各計測値に計測時間と共に変化させる重みを
    付けて演算した値と前記目標値との差に応じて制御量を
    変化させることを特徴とする制御方法。
JP4254751A 1992-09-24 1992-09-24 核融合装置のプラズマ位置形状制御方法及びその装置 Pending JPH06109882A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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