新型基于模型的实时观测器在 TCV 电子密度剖面控制实验中的应用
等离子体物理
2026-03-30 v1
摘要
托卡马克等离子体的实时控制包括维持高性能稳态、避免破裂以及管理升温和降温阶段。电子密度的实时估计与控制对于监测和控制粒子约束、加热效率、排气条件、杂质浓度、聚变功率以及接近密度极限至关重要。基于将基于 RAPDENS 的多速率观测器集成到 TCV 控制系统之上的成果，本研究探讨了其在密度剖面控制中的应用，涵盖偏滤器研究、ECH 和 NBH L 模等离子体以及高性能 H 模场景。TCV 实验证明了该观测器在复杂偏滤器几何结构中支持偏滤器研究的能力，能够在最后封闭磁面内控制线平均密度，同时拒绝来自偏滤器刮削层密度的干涉仪拾取信号。估计的密度剖面使得在 ECH/NBH L 模等离子体截止条件以下实现中心密度的局部控制；加热引起的剖面峰值变化被视为控制任务中的扰动。通过线性与非线性回旋动力学模拟（GENE）对实时变化输运系数（如 pinch 速度与扩散率之比）的估计，改善了模型预测能力。随后在 H 模等离子体中同时实现了边缘归一化密度与环向 beta 的控制，实现了良好的约束性能、场景可重复性以及不依赖诊断的边缘密度度量，同时避免了密度极限和诊断故障的传播。
引用
@article{arxiv.2603.26310,
title = {Applications of a novel model-based real-time observer for electron density profile control experiments in TCV},
author = {F. Pastore and O. Sauter and F. Felici and D. Kropackova and A. Balestri and C. Galperti and O. Kudlacek and K. Lee and A. Pau and T. Ravensbergen and S. Van Mulders and B. Vincent and N. M. T. Vu and the TCV team and the EUROfusion Tokamak Exploitation Team},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.26310},
year = {2026}
}