LabVIEW對EAST長脈沖等離子體運行的陀螺穩(wěn)態(tài)運行控制

托卡馬克是實現(xiàn)磁約束核聚變最有希望的解決方案之一。電子回旋共振加熱（ECRH是一種對托卡馬克有吸引力的等離子體加熱方法，具有耦合效率高，功率沉積定位好等優(yōu)點。陀螺加速器是ECRH系統(tǒng)中使用的高功率微波源。實驗性先進超導(dǎo)托卡馬克（EAST）是世界上第一個完全超導(dǎo)的托卡馬克。演示超過1000秒的長脈沖分流器操作是EAST的主要目標(biāo)之一。ECRH系統(tǒng)是實現(xiàn)這一目標(biāo)不可或缺的術(shù)語。

為了實現(xiàn)EASTECRH系統(tǒng)的6-s長脈沖運行，設(shè)計了一種ECRH系統(tǒng)運行方案，可以在不影響原有系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性的情況下，實現(xiàn)ECRH系統(tǒng)的400-1000-s長脈沖穩(wěn)態(tài)運行。

EASTECRH系統(tǒng)中現(xiàn)在有三個陀螺加速器。三個陀螺子分為兩組，如圖2所示。每個回旋管都有一個單獨的陽極高壓電源，同一組中的兩個陀螺加速器共用一個陰極高壓電源。

?子系統(tǒng)的輸入信號由等離子體電流組成EAST主控制臺的信號、Trigger?In_–60觸發(fā)信號（預(yù)啟動信號）、TriggerIn_0觸發(fā)信號（啟動信號），以及來自兩套ECRH保護系統(tǒng)的快速過流保護觸發(fā)信號、RF保護觸發(fā)信號和電弧保護觸發(fā)信號。

為了滿足信號響應(yīng)速度和采樣頻率的要求，選擇NI?cRIO作為能夠?qū)崿F(xiàn)實時處理和高速輸入輸出的硬件。它包括NI?Linux實時操作系統(tǒng)和可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣陣列（FPGA）。NI?cRIO-9039用作控制器，多個熱插拔高速雙向數(shù)字模塊NI?9401用于數(shù)字輸入和輸出。

設(shè)計了手動重啟模式、自動重啟模式、定時交替運行模式和保護觸發(fā)交替運行模式4種工作模式。該模式在工作期間無法更改，當(dāng)時間達到總脈沖時間時停止。發(fā)生快速過流保護、射頻保護、電弧保護后，可復(fù)位并再次投入運行。對于其他保護措施，仍然需要仔細確定原因。因此，針對快速過流保護、RF保護和虛幻電弧保護三種保護設(shè)計了重啟方案，不考慮在其他保護情況下重啟。

控制軟件基于LabVIEW編寫。穩(wěn)態(tài)操作控制的軟件架構(gòu)分為三部分：1）上位機人機交互界面;2）下部計算機實時VI;3）FPGAVI。上位機主機VI和實時VI通過共享變量和網(wǎng)絡(luò)流進行數(shù)據(jù)傳輸，實時VI和FPGA通過直接存儲器訪問第一輸入第一輸出（DMA?FIFO）進行通信。可以在上位機的主程序上設(shè)置陀螺儀的激活、脈沖時間和工作模式。

邏輯分析儀用于測試穩(wěn)態(tài)運行控制系統(tǒng)。邏輯分析儀的采樣頻率為100MHz，支持同時顯示32個數(shù)字信號，并支持邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā)。cRIO在收到Trigger_–20信號、Ip信號和正常定時Trigger_001信號后60.0ms向中央定時控制系統(tǒng)發(fā)送就緒信號和啟動信號。

10s的ECRH重啟響應(yīng)時間受一個陽極電源響應(yīng)時間的限制。未來，通過更換陽極電源，這可以大大縮短自動重啟的響應(yīng)時間到810毫秒。通過進一步優(yōu)化每個硬件系統(tǒng)的響應(yīng)，這個時間可以進一步減少到幾毫秒。

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