1、托卡马克装置等离子体托卡马克装置等离子体平衡和控制平衡和控制(2)(2)HT-7 ASIPP罗家融罗家融Institute of Plasma Physics,Institute of Plasma Physics,Chinese Academy of Sciences Chinese Academy of Sciences 2019.03.292019.03.29托卡马克装置等离子体平衡和控制托卡马克装置等离子体平衡和控制 HT-7 ASIPP非圆截面等离子体平衡反演技术非圆截面等离子体平衡反演技术托卡马克装置等离子体电磁测量概述托卡马克装置等离子体电磁测量概述HT-7HT-7等离子体平衡和
2、控制等离子体平衡和控制 EASTEAST等离子体电流、等离子体电流、X X点位置和位形控制点位置和位形控制 非圆截面等离子体平衡反演技术非圆截面等离子体平衡反演技术HT-7 ASIPP托卡马克中外部磁测量可以提供有关等离托卡马克中外部磁测量可以提供有关等离子体形状，以及总体电流分布参数的重要子体形状，以及总体电流分布参数的重要信息，诸如平均角向信息，诸如平均角向 与等离子体内感与等离子体内感 一半的和一半的和 ，对于足够拉长的等离子，对于足够拉长的等离子体来说，体来说，和和 是分离的。当能得到的信是分离的。当能得到的信息只限于外部磁测量时，仅仅可以确定电息只限于外部磁测量时，仅仅可以确定电流分
3、布的总体参数。流分布的总体参数。非圆截面等离子体平衡反演技术介绍非圆截面等离子体平衡反演技术介绍 HT-7 ASIPP平衡反演算法平衡反演算法(EFIT)(EFIT)是一种计算机程序，它可以将等离是一种计算机程序，它可以将等离子体的诊断测量信号转化成为如等离子体几何尺寸，储子体的诊断测量信号转化成为如等离子体几何尺寸，储存的能量，电流剖面分布等等有用的信息。而这些测量存的能量，电流剖面分布等等有用的信息。而这些测量信号是从物理诊断中得到的，物理诊断包括外部磁探针，信号是从物理诊断中得到的，物理诊断包括外部磁探针，外部极向磁通大环和外部极向磁通大环和MSE(MSE(一种测量等离子体内部的磁力一种
4、测量等离子体内部的磁力线方向的诊断工具线方向的诊断工具)。描叙等离子体压力平衡的。描叙等离子体压力平衡的Grad Grad ShafranovShafranov平衡方程可以通过环向电流密度限制上有用的平衡方程可以通过环向电流密度限制上有用的测量信号得到它的解。既然等离子体电流同样依靠测量信号得到它的解。既然等离子体电流同样依靠Grad Grad ShafranovShafranov平衡方程的解，因此这是一个非线性最优化的平衡方程的解，因此这是一个非线性最优化的问题。平衡限制允许两维的电流密度可以用两个一维的问题。平衡限制允许两维的电流密度可以用两个一维的流函数流函数(它们是关于磁通的函数它们是
5、关于磁通的函数)来代替，这就大大减少来代替，这就大大减少了问题的复杂性。了问题的复杂性。平衡反演算法的历史平衡反演算法的历史 HT-7 ASIPP自从自从V VD DShafranovShafranov博士发表了著名的博士发表了著名的Grad ShafranovGrad Shafranov平衡理论以来，许多建立平衡理论以来，许多建立在在Grad ShafranovGrad Shafranov平衡方程基础上的平衡方程基础上的MHDMHD平平衡算法得到了发展。通过应用这些算法不衡算法得到了发展。通过应用这些算法不仅较好地解决了等离子体平衡的不稳定性，仅较好地解决了等离子体平衡的不稳定性，而且在而且
6、在19721972到到19791979年间还用来设计产生等年间还用来设计产生等离子体线圈的形状。离子体线圈的形状。平衡反演算法的历史平衡反演算法的历史 HT-7 ASIPP19801980年到年到19821982年年 DrDrLuxon;Luxon;Dr.Dr.D.W.SwianD.W.Swian 说明了在一个非线性托卡马克装置中，除了一般等说明了在一个非线性托卡马克装置中，除了一般等离子体的形状以外，等离子体外部的磁测量数据既离子体的形状以外，等离子体外部的磁测量数据既可以决定等离子体的能量储存又可以很好地决定等可以决定等离子体的能量储存又可以很好地决定等离子体的电流剖面分布。但速度较慢一次
7、反演约需离子体的电流剖面分布。但速度较慢一次反演约需3030分钟。分钟。MFITMFIT程序采用的是用网格电流模拟等离子体电流剖程序采用的是用网格电流模拟等离子体电流剖面分布，因此它的计算并不复杂但精确度不够。面分布，因此它的计算并不复杂但精确度不够。EFITEFIT程序保留了程序保留了MFITMFIT网格电流程序的计算效率通过网格电流程序的计算效率通过交叉和迭代反演来得到等离子体的最优解，借助等交叉和迭代反演来得到等离子体的最优解，借助等离子体平衡来约束等离子体电流的分布，提高了精离子体平衡来约束等离子体电流的分布，提高了精度。度。平衡反演算法的历史平衡反演算法的历史HT-7 ASIPPDr
8、.Lang.LaoDr.Lang.Lao改进了改进了LuxonLuxon的算法，改进后的算的算法，改进后的算法可以分析等离子体实验过程中两炮法可以分析等离子体实验过程中两炮(大约大约5 5分分钟钟)之间的数据，效率大为提高。之间的数据，效率大为提高。19851985年以后年以后Lang.LaoLang.Lao博士建立了一个动力学模博士建立了一个动力学模型，该模型需要更多的物理诊断数据，同时也型，该模型需要更多的物理诊断数据，同时也能够提供更多的等离子体信息，这样能够提供更多的等离子体信息，这样EFITEFIT程序程序就成为一个分析等离子体各种参数的强大工具。就成为一个分析等离子体各种参数的强大
9、工具。现在在一个现在在一个HP735HP735工作站上，一个典型的平衡工作站上，一个典型的平衡重构大约只需要几秒钟。重构大约只需要几秒钟。平衡反演算法的历史平衡反演算法的历史HT-7 ASIPP在在19921992年，年，Dr.J.R.FerronDr.J.R.Ferron编写了一套实编写了一套实时时EFIT(RTEFIT)EFIT(RTEFIT)程序，该程序已经可以用程序，该程序已经可以用在等离子体放电物理实验控制中，从此以在等离子体放电物理实验控制中，从此以后，后，RTEFITRTEFIT模型就成为现代核聚变物理装模型就成为现代核聚变物理装置控制中的一个热门话题，科学家们在不置控制中的一个
10、热门话题，科学家们在不同的核装置建立了很多算法。同的核装置建立了很多算法。到目前为止，到目前为止，EFITEFIT程序都是分析等离子体程序都是分析等离子体各种特性和控制等离子体运行方面的强大各种特性和控制等离子体运行方面的强大工具。工具。平衡反演算法的功能平衡反演算法的功能HT-7 ASIPP(1)(1)得到等离子体的信息。得到等离子体的信息。(2)(2)通过磁场结构分析实验测量结果。通过磁场结构分析实验测量结果。(3)(3)可以进行固定边界和自由边界的平衡计算。可以进行固定边界和自由边界的平衡计算。(4)(4)为新的实验装置发展位形控制算法。为新的实验装置发展位形控制算法。(5)(5)设计新
11、的实验装置。设计新的实验装置。(6)(6)重构磁场形状。重构磁场形状。(7)(7)等离子体运行。等离子体运行。(8)(8)分析物理诊断信号。分析物理诊断信号。(9)(9)为输运和不稳定性计算提供基本磁面信息为输运和不稳定性计算提供基本磁面信息。(10)(10)设计新的电流分布的诊断手段的验证工具设计新的电流分布的诊断手段的验证工具。解解Grad-ShafranovGrad-Shafranov平衡方程过程平衡方程过程HT-7 ASIPP),(1022*RRJzRRRT),(),(),()()()(1)1(memtennnenmrJrrGZddrIrrGr)(2)()2()()2(),(22212
12、1kEkKkrrkrrG 2204,RFFPRRJT212)(mnjjjjCM PnnnnxP FnnnnxFFnnnnxx mlmx),;,(),(),()()1()1()()(1)1()(mnmnmTjMmennnenjMjmjmjejrJrrGzdrdIrrGrC边界条件采用有限差分方程组的解决方案采用有限差分方程组的解决方案HT-7 ASIPP将解偏微分的问题转化为解差分方程的过程将解偏微分的问题转化为解差分方程的过程:jiijijijijijiijijijiJrzrrr,21,1,1,12,1,12)(221)(2平衡反演算法的具体过程平衡反演算法的具体过程 HT-7 ASIPP1
13、1 假设初始等离子体电流分布假设初始等离子体电流分布2 2 计算由在计算边界上产生的磁通值做为边界条件计算由在计算边界上产生的磁通值做为边界条件3 3 求解求解Grad-ShafranovGrad-Shafranov方程，求出方程，求出 ，确定，确定等离子体边界等离子体边界4 4 求解最小二乘问题，确定参数求解最小二乘问题，确定参数5 5 计算等离子体电流密度分布计算等离子体电流密度分布6 6 重复步骤重复步骤2,3,4,52,3,4,5，直到满足一定的收敛条件，直到满足一定的收敛条件)0(J)1(m)1()1(,nnnnEFUND产生格林函数产生格林函数表表EFIT主程序主程序初始化初始化,
14、读入数据读入数据初始化等离子体电流分布初始化等离子体电流分布平衡与反演迭代计算平衡与反演迭代计算反演计算反演计算确定等离子体边界、磁轴及确定等离子体边界、磁轴及X POINT点点产生图形数据输出到产生图形数据输出到PLTOUT.OUT产生文本数据输出到产生文本数据输出到FITOUT.DAT生成生成g文件和文件和x文件文件生成生成a文件和文件和m文件文件STOPichisq0?i1?yn固定边界固定边界平衡计算平衡计算自由边界自由边界平衡计算平衡计算idone0?idone0?nnnyyy托卡马克等离子体的电磁测量托卡马克等离子体的电磁测量 HT-7 ASIPP无论是在天体等离子体还是实验室等离
15、子体的运无论是在天体等离子体还是实验室等离子体的运动规律中，磁场都起着十分重要的作用：特别是动规律中，磁场都起着十分重要的作用：特别是在磁约束热核实验装置中，存在着强大的磁场，在磁约束热核实验装置中，存在着强大的磁场，这些磁场是由在外导体中或等离子体本身流动的这些磁场是由在外导体中或等离子体本身流动的电流所产生的。等离子体和磁场间存在着强烈的电流所产生的。等离子体和磁场间存在着强烈的相互作用，我们就是利用这种相互作用来约束高相互作用，我们就是利用这种相互作用来约束高温等离子体。等离子体中磁场的位形决定了等离温等离子体。等离子体中磁场的位形决定了等离子体的约束特性子体的约束特性宏观平衡和稳定性等
16、。这样，宏观平衡和稳定性等。这样，要完全地了解磁约束等离子体的运动规律，就必要完全地了解磁约束等离子体的运动规律，就必须研究其中的磁场的空间分布及瞬时变化规律。须研究其中的磁场的空间分布及瞬时变化规律。托卡马克等离子体的电磁测量托卡马克等离子体的电磁测量 HT-7 ASIPP等离子体内部磁场的测定方法大致可等离子体内部磁场的测定方法大致可分为两类分为两类一类是探针测量方法，其中最常用的是感一类是探针测量方法，其中最常用的是感应式磁探针。应式磁探针。一类是光谱方法，即利用磁场对等离子体一类是光谱方法，即利用磁场对等离子体辐射的影响，例如塞曼效应、法拉第效应辐射的影响，例如塞曼效应、法拉第效应等，
17、来测定沿观测方向上等离子体内的平等，来测定沿观测方向上等离子体内的平均磁场。均磁场。托卡马克等离子体的位移测量托卡马克等离子体的位移测量 HT-7 ASIPP对称探针对称探针 利用正弦和余弦线圈测量等离子体电流重心位利用正弦和余弦线圈测量等离子体电流重心位置置 单匝环测量等离子体外磁面的中心位置单匝环测量等离子体外磁面的中心位置 利用小探针的空间傅里叶分析法测量等离子体利用小探针的空间傅里叶分析法测量等离子体外磁面的中心位置外磁面的中心位置 电磁测量积分器电磁测量积分器 HT-7 ASIPPRCRC无源积分器无源积分器 有源积分器中积分器有源积分器中积分器 全软件数字量积分器全软件数字量积分器
18、 部分模拟量，部分数字量相结合积分器部分模拟量，部分数字量相结合积分器 托卡马克装置的运行调试托卡马克装置的运行调试 HT-7 ASIPP影响托卡马克装置放电特性的因素很影响托卡马克装置放电特性的因素很多，其中象杂多，其中象杂散场散场、杂质、杂质等对等离子等对等离子体参数的影响很明显。体参数的影响很明显。杂散场对等离子体的行为带来严重的影响杂散场对等离子体的行为带来严重的影响 HT-7 ASIPP(1)(1)杂散场将使等离子体发生附加位移，杂散场将使等离子体发生附加位移，导致放电特性伏安曲线不对称，并影导致放电特性伏安曲线不对称，并影响击穿时间和击穿压强响击穿时间和击穿压强 (2)(2)轴对称
19、多极杂散场将使磁面截面发轴对称多极杂散场将使磁面截面发生形变生形变 (3)(3)环向场平均波纹度超过环向场平均波纹度超过1 1，离子，离子热导损失显著增加热导损失显著增加 对杂散场水平的要求对杂散场水平的要求 HT-7 ASIPP在等离子体区，杂散场超过在等离子体区，杂散场超过0.10.1将对将对等离子体的击穿压强、击穿时间、放等离子体的击穿压强、击穿时间、放电特性及等离子体的约束产生明显的电特性及等离子体的约束产生明显的影响。影响。环向场平均波纹度应控制在环向场平均波纹度应控制在1 1以下，以下，否则离子热导损失会明显增加否则离子热导损失会明显增加 使电磁系统对赤道面尽量对称使电磁系统对赤道
20、面尽量对称 HT-7HT-7总控系统的组成总控系统的组成HT-7 ASIPP 总控台总控台 PFPF控制系统控制系统 密度反馈控制系统密度反馈控制系统 定时触发系统定时触发系统 LHCD LHCD反馈控制系统反馈控制系统 ICRH ICRH控制系统控制系统 放电监控系统放电监控系统 事件触发系统事件触发系统 手动微调位移反馈控制系统手动微调位移反馈控制系统HT-7 ASIPP设置，显示TableServer交换机Ne控制VxWorksTimer触发VXI机箱LHCDICRHPF控制VxWorks-920ms信号触发时钟分频硬件控制机16M外时钟数据采集系统总控台总控台HT-7 ASIPP主要功
21、能是可以设置参数，浏览预设曲线主要功能是可以设置参数，浏览预设曲线，反馈曲线，集成的系统有，反馈曲线，集成的系统有PFPF控制，密度控制，密度控制，定时触发系统，控制，定时触发系统，以及控制信号数以及控制信号数据的显示。据的显示。文件服务系统的数据格式进行了统一，以文件服务系统的数据格式进行了统一，以适用适用GT7看图的数据格式为标准，看图的数据格式为标准，PF控控制系统和密度控制系统的数据格式都统一制系统和密度控制系统的数据格式都统一到这个标准下了。到这个标准下了。定时触发系统定时触发系统HT-7 ASIPP主要提供各种定时触发和一道主要提供各种定时触发和一道16M16M外时钟外时钟秒级信号
22、：秒级信号：1616道道毫秒级信号：毫秒级信号：2020道左右道左右时钟频率：时钟频率：16M16M各种触发的光隔离器。各种触发的光隔离器。事件触发系统事件触发系统HT-7 ASIPP输入放电时需要检测的信号输入放电时需要检测的信号,根据要求实根据要求实时的对信号进行检测时的对信号进行检测(如频率检测如频率检测,幅值幅值检测检测),),检测结果实时的通过检测结果实时的通过DADA或者或者IOIO接接口输出。（现在该系统主要针对的是口输出。（现在该系统主要针对的是MHDMHD的实时检测和处理）的实时检测和处理）手动微调位移反馈控制系统手动微调位移反馈控制系统HT-7 ASIPP 在长脉冲放电时，
23、由于放电的条件的变在长脉冲放电时，由于放电的条件的变化，化，PFPF反馈控制系统的控制效果变差，需反馈控制系统的控制效果变差，需要要OperatorOperator根据实际放电的反馈数据进行根据实际放电的反馈数据进行手动微调。手动微调。手动微调的值将实时的和当前的预设数手动微调的值将实时的和当前的预设数据进行迭加，迭加的结果输出给据进行迭加，迭加的结果输出给PFPF反馈控反馈控制系统来控制放电。制系统来控制放电。系统借用系统借用PS2PS2的游戏控制手柄接入计算机的游戏控制手柄接入计算机的并口作为手动微调的输入端。的并口作为手动微调的输入端。手动微调位移反馈控制系统手动微调位移反馈控制系统HT
24、-7 ASIPPDA输出手动调整量预设参数PF控制机DA输出到极向场EASTEAST控制和数据系统设计方案控制和数据系统设计方案(1)(1)HT-7 ASIPPThe compose of HT7UDCS The compose of HT7UDCS EASTEAST控制和数据系统设计方案控制和数据系统设计方案(2)(2)HT-7 ASIPPThe Main Control System(MCS)The Main Control System(MCS)EASTEAST控制和数据系统设计方案控制和数据系统设计方案(3)(3)HT-7 ASIPPThe structure of the DDS T
25、he structure of the DDS EAST 位形控制系统设计的难度位形控制系统设计的难度HT-7 ASIPP 通常托卡马克的极向场由平衡成形场和欧姆加热场组通常托卡马克的极向场由平衡成形场和欧姆加热场组成。对成。对EASTEAST，采用了所谓极向场一体化设计，即：加，采用了所谓极向场一体化设计，即：加热场不仅提供伏秒数变化而且参加平衡和成形；同样，热场不仅提供伏秒数变化而且参加平衡和成形；同样，平衡场不仅维持等离子体平衡位形，而且也提供部分平衡场不仅维持等离子体平衡位形，而且也提供部分伏秒数变化。这样的设计简化了托卡马克的极向场系伏秒数变化。这样的设计简化了托卡马克的极向场系统，
26、但使等离子体电流和平衡位形的同时控制变得比统，但使等离子体电流和平衡位形的同时控制变得比较复杂。在纯欧姆放电的情况下，由于所有极向场线较复杂。在纯欧姆放电的情况下，由于所有极向场线圈上的电流均要变化才能维持等离子体电流而与此同圈上的电流均要变化才能维持等离子体电流而与此同时极向场线圈上电流的变化一定造成平衡和成形磁场时极向场线圈上电流的变化一定造成平衡和成形磁场的变化，因此，的变化，因此，从严格意义上讲，从严格意义上讲，在一体化设计的基在一体化设计的基础上，在纯欧姆放电时电流和平衡位形同时得到维持础上，在纯欧姆放电时电流和平衡位形同时得到维持是有一定难度的。是有一定难度的。EAST ASIPP
27、世界上现有装置世界上现有装置极向场线圈区分单独的欧姆加热和等离子体位极向场线圈区分单独的欧姆加热和等离子体位形控制电流形控制电流,并并且靠且靠近等离子体。近等离子体。ASIPPEAST的运行和控制的运行和控制 1,EAST 的所有平衡位形全部由外部极向场线圈产生；的所有平衡位形全部由外部极向场线圈产生；由于一个特定的位形是由全部极向场线圈产生因此对位形的同时控制也只能由于一个特定的位形是由全部极向场线圈产生因此对位形的同时控制也只能用全部极向场线圈完成。此时电源、测量和负载线圈构成的系统的响应时间用全部极向场线圈完成。此时电源、测量和负载线圈构成的系统的响应时间常数决定了这种控制方法可能控制的
28、最快位形变化；常数决定了这种控制方法可能控制的最快位形变化；2,EAST 几种典型平衡位形及其相互关系几种典型平衡位形及其相互关系基本设计位形基本设计位形:具有双零（或单零）偏滤器的大拉长非圆小截面具有双零（或单零）偏滤器的大拉长非圆小截面;其他灵活性为其他灵活性为:具有双零（或单零）偏滤器的中等拉长度下获得尽可能大体具有双零（或单零）偏滤器的中等拉长度下获得尽可能大体积等离子体的平衡位形积等离子体的平衡位形;具有最大体积等离子体的位形具有最大体积等离子体的位形;3,更方便对等离子体位置和形状进行灵活的控制更方便对等离子体位置和形状进行灵活的控制控制执行命令是所有极向场电流的叠加控制执行命令是
29、所有极向场电流的叠加极向场系统的运行和控制变得更为复杂极向场系统的运行和控制变得更为复杂EASTEAST ASIPP EAST 位形控制系统的算法位形控制系统的算法 EFITEFIT是在是在DIII-DDIII-D托卡马克装置上开发研制的托卡马克装置上开发研制的等离子体平衡拟合程序。等离子体平衡拟合程序。目前，在目前，在DIII-DDIII-D、JETJET、JT60U JT60U、ASDEX-UASDEX-U等等装置上，装置上，EFITEFIT已广泛用于场形设计、实验运已广泛用于场形设计、实验运行、诊断数据集成分析等方面。行、诊断数据集成分析等方面。按照其基本算法改写的程序，也已运用于很按照
30、其基本算法改写的程序，也已运用于很多装置的等离子体电流和位形实时反馈运行多装置的等离子体电流和位形实时反馈运行中。中。EAST ASIPP实时位形控制系统算法的基本前提实时位形控制系统算法的基本前提一个前提条件是一个前提条件是:如果起始点平衡和一个如果起始点平衡和一个好的重建之间的差距充分小好的重建之间的差距充分小,经过一次迭经过一次迭代解就和收敛重建十分接近足以进行放电代解就和收敛重建十分接近足以进行放电控制。控制。另一前提是另一前提是:一次迭代就可以使实时算法一次迭代就可以使实时算法跟上放电发展中平衡的变化。跟上放电发展中平衡的变化。EAST ASIPP实时实时位形控制系统算法的基本思路位
31、形控制系统算法的基本思路在实时平衡重建算法中，节省从诊断数据出发经过多在实时平衡重建算法中，节省从诊断数据出发经过多次迭代求的一个收敛解的时间。次迭代求的一个收敛解的时间。对于每一次新的平衡重建，取得一个新的诊断数据，对于每一次新的平衡重建，取得一个新的诊断数据，最近的平衡解被当作起始点，仅做一次迭代。如果平最近的平衡解被当作起始点，仅做一次迭代。如果平衡发展得不快，相对于上次解的变化仅用一次迭代就衡发展得不快，相对于上次解的变化仅用一次迭代就可解决，因此结果的准确性足以进行放电控制。可解决，因此结果的准确性足以进行放电控制。如果平衡发展得非常缓慢两次诊断数据之间没有变化，如果平衡发展得非常缓
32、慢两次诊断数据之间没有变化，那么这个算法和离线算法是相同的。那么这个算法和离线算法是相同的。EAST ASIPP EAST 位形控制系统的位形控制系统的硬件结构简解硬件结构简解 ASIPPEAST EAST 位形控制的电磁测量位形控制的电磁测量EAST ASIPPEAST TokamakEAST Tokamak位形控制位形控制数据采集和数据传输数据采集和数据传输多道电磁测量一台采集机器无法承担多道电磁测量一台采集机器无法承担,势必需要多台采集机器势必需要多台采集机器;为了节约计算的时间和精度为了节约计算的时间和精度,原则上采集和计算分开原则上采集和计算分开;,;,为了控制的准确为了控制的准确,
33、每毫秒发出控制命令每毫秒发出控制命令:假设采集假设采集150150道控制信道控制信号号,精度精度1212位位,那么每秒那么每秒1,440,0001,440,000波特率的数据传输是几乎不波特率的数据传输是几乎不可能达到的可能达到的(网络存在阻塞和错误网络存在阻塞和错误-有有HT7HT7的经验的经验););因此我们可以采用因此我们可以采用(1)DSP(1)DSP硬件实现计算控制形式硬件实现计算控制形式(用用3 3到到4 4个个VXIVXI机箱实现机箱实现)(2)(2)高速网络集群形式高速网络集群形式(用用3 3到到5 5个个6464位计算机通过位计算机通过MyrinetMyrinet实现实现)E
34、ASTEAST ASIPPMyricomMyricom公司提供网卡和交换机，其单向互连速度最高可达到公司提供网卡和交换机，其单向互连速度最高可达到2Gbps(2Gbps(“E“E型卡型卡”号称达到号称达到3.96 Gbits/s)3.96 Gbits/s)。MyrinetMyrinet提供直提供直接点到点、基于集线器或基于交换机的网络配置，两个直接连接点到点、基于集线器或基于交换机的网络配置，两个直接连接的节点之间的平均延迟是接的节点之间的平均延迟是5 5到到1818微秒，这要比以太网快得多。微秒，这要比以太网快得多。(而而MyricomMyricom公司公司硬件连接可以绕过硬件连接可以绕过T
35、CP/IP TCP/IP 七层协议，不但减七层协议，不但减少了延迟时间，还大大降低了所占用的少了延迟时间，还大大降低了所占用的CPUCPU资源资源)。高速网络集群形式高速网络集群形式EAST ASIPP计算机之间数据交换用计算机之间数据交换用Myrinet网络网络 每秒每秒2.0 Gigabits2.0 GigabitsPCIPCI接口板接口板为了连接到远程控制为了连接到远程控制,使用光导纤维的接口使用光导纤维的接口LinuxLinux开放资源驱动程序和软件开放资源驱动程序和软件在板在板DMADMA传输方式不占用传输方式不占用CPUCPU资源资源使用的使用的 直接发送直接发送 的方式的方式,将
36、数据发送到目的将数据发送到目的地地CPUCPU所定义的地址所定义的地址多口的交换机为增加控制计算机提供了方便多口的交换机为增加控制计算机提供了方便的可扩充性的可扩充性 EAST ASIPP数据获得用数据获得用D-TACQ PCI板卡板卡 每块板上每块板上9696个通道个通道,每计算机上可插每计算机上可插2 2块板卡块板卡1616位分辨率位分辨率,1010伏伏LinuxLinux开放资源驱动程序和软件开放资源驱动程序和软件第第1 1块板卡的块板卡的DMADMA传输时间为传输时间为7 7微秒微秒,其他的板其他的板卡为卡为1 1微秒微秒每每1 1块板卡传送到系统内存的时间为块板卡传送到系统内存的时间
37、为1 1微秒微秒EASTEAST需要需要2 2块板卡（块板卡（157157通道，通道，3 3通道备用）通道备用）160个通道的低通滤波器（个通道的低通滤波器（1KHz）EAST 位形控制的要求位形控制的要求等离子体的平衡由外部极向场系统完成，该系统除了等离子体的平衡由外部极向场系统完成，该系统除了能够提供按平衡计算所提出的各场波形外还应具备能够提供按平衡计算所提出的各场波形外还应具备以下几点功能：以下几点功能：(1)(1)、能在各种放电条件下、能在各种放电条件下稳定保持等离子体径向位稳定保持等离子体径向位置（大半径方向）的变化置（大半径方向）的变化在在1 cm1 cm之内。之内。(2)(2)、
38、为满足特殊物理实验，等离子体能在保持形状、为满足特殊物理实验，等离子体能在保持形状不变的条件下，在不变的条件下，在100ms100ms内在径向移动内在径向移动 3cm 3cm。(3)(3)、等离子体能在保持径向不变的条件下，沿垂直、等离子体能在保持径向不变的条件下，沿垂直（上下）方向在（上下）方向在1 1秒钟内移动秒钟内移动 3cm3cm。(4)(4)、能稳定的将上下、能稳定的将上下X X点的位置保持在点的位置保持在1cm1cm之内。之内。(5)(5)、为避免单点局部过热，、为避免单点局部过热，X X点可以在点可以在5 5秒内沿偏滤秒内沿偏滤器耙板移动器耙板移动 5cm5cm。EAST ASI
39、PPEAST ASIPPEAST控制模式实现步骤控制模式实现步骤 大量平衡计算，建立大量平衡计算，建立EASTEAST运行区间数据库运行区间数据库 可能演化控制指标算法控制可能演化控制指标算法控制 等磁通控制等磁通控制 等磁通等磁通+平衡计算控制（实时平衡计算控制（实时EFITEFIT控制）控制）多个等磁通计算多个等磁通计算+平衡计算控制平衡计算控制 MIMO+MIMO+平衡计算控制平衡计算控制(实时实时MIMO EFITMIMO EFIT控制控制)多个多个MIMO+MIMO+平衡计算控制平衡计算控制EAST ASIPP实时位形控制算法流程图位形控制算法流程图Thank You!EAST ASIPP
