نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• حسین رسولی ¹
• مهدی علیاری شوره دلی ²
• مهدی امینی ³

¹ هیات علمی نیستند

² گروه کنترل، دانشکده برق، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

³ گروه آکوزشی کنترل، دانشکده برق، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

یکی از سامانه‌های لازم جهت ارتقاء توکامک دماوند، کنترل اتوماتیک پروفایل فشار محفظه است. در این مقاله شناسایی و مدلسازی فشار محفظه خلاء توکامک دماوند و همچنین طراحی کنترل‌کننده مبتنی بر مدل انجام می‌گیرد. در این راستا ابتدا اقدام به طراحی و اجرای ساختار آزمایشی جهت اعمال سیگنال شناسایی و داده برداری از سیستم فشار محفظه خلاء توکامک دماوند صورت می‌پذیرد. بدین صورت که پس از ایجاد خلاء پایه، با تغییر و اعمال ولتاژ ورودی به عملگر پیزوالکتریک بطور همزمان فشار محفظه خلاء و ولتاژ اعمالی اندازه‌گیری میشود. پس از انجام فرآیند داده‌گیری، در فرآیند شناسایی، چندین مدل خطی حاصل گردید. هدف اصلی از شناسایی در این مقاله، طراحی کنترل‌کننده مناسب بود. که پس از تهیه مدل، کنترل کننده‌های PID مبتنی بر روش ZN و کنترل‌ کننده پیش‌بین مبتنی بر مدل طراحی و شبیهسازی گردیدکه نتایج مطلوبی داشتند. در این پژوهش، برای داشتن خروجی بدون فراجهش و زمان‌خیز قابل تنظیم از طرف کاربر، پروفایل فشار مطلوب تهیه و فشار محفظه بر اساس کنترل کننده پیش‌بین مورد ارزیابی قرار گرفت. برای حفظ ایمنی پیزو الکتریک، کنترل کننده‌های خانواده PID و پیش‌بین با در نظر گرفتن محدودیت‌های عملی در سیگنال کنترلی ( ) شبیه‌سازی شد در آخر نیز نتایج عملکرد آن‌ها بر اساس حذف تأخیر ذاتی سیستم، دنبال‌ر‌وندگی مدل مرجع، دامنه سیگنال کنترلی و حذف اغتشاش مقایسه و بررسی گردید که نتایج مطلوبی در ردیابی پروفایل فشار مطلوب، حذف تأخیر ذاتی سیستم و قابلیت پیاده‌سازی بدلیل محدود بودن دامنه سیگنال کنترلی دارند.

کلیدواژه‌ها

• توکامک
• پلاسما
• محفظه خلاء
• پمپ روتاری
• پمپ توربومولکولار
• عملگر پیزو
• شناسایی سیستم
• کنترل‌کننده پیش‌بین

موضوعات

• فیزیک پلاسما و فناوری فیوژن

عنوان مقاله [English]

Modeling of vacuum vessel pressure and model-based controller design for pressure profile control in Damavand Tokamak

نویسندگان [English]

• hossein rasouli ¹
• mahdi aliyari ²
• mahdi Amini ³

¹ Plasma Physics and Nuclear Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Institute, Tehran, Iran

² Department of control, faculty of electrical, KNT University , Tehran. Iran

³ Department of control. electrical Faculty. KNT University. Tehran. Iran

چکیده [English]

One of the essential systems for the upgrade of Damavand Tokamak is the automatic control of the vacuum vessel pressure profile. This research performs the identification, modeling, and controlling of the vacuum chamber pressure in Damavand Tokamak. To approach this, first, the experimental structure is designed and implemented to apply the identification signal and data collection from the vacuum vessel pressure. After the base vacuum creation, the input voltage to the piezoelectric is changed and applied. At the same time, both vacuum vessel pressure and applied voltage are measured. In the following, with the purpose of the control, several linear models are identified using experimental data. Then, considering the practical limitations on the control signal ( ), Ziegler-Nichols-based PID and predictive controllers are designed and simulated. Also, their performance results were compared and evaluated based on compensating for the system’s inherent delay, disturbance rejection, and reference model following. The simulation results show the appropriate performance of controllers.

کلیدواژه‌ها [English]

• Tokamak
• plasma
• vacuum vessel
• rotary pump
• turbo molecular pump
• piezoelectric
• model identification
• predictive controller