用于聚变托卡马克加料与密度控制的混合整数MPC策略
系统与控制
2023-06-02 v1 系统与控制
摘要
模型预测控制（MPC）在核聚变托卡马克的加料与芯部密度反馈控制中具有前景，其中主要执行器为射入等离子体的冻结氢燃料丸，是离散的。以往的密度反馈控制方法因引入的复杂性仅将丸注入近似为连续输入。在本通讯中，我们将等离子体密度与丸注入建模为混合系统，并提出两种用于密度控制的MPC策略：使用常规混合整数规划（MIP）求解器的混合整数（MI）MPC，以及利用我们对罚项同伦（PTH）算法新颖改进的MPC。通过松弛整数要求，PTH算法将MIP问题转化为一系列连续优化问题，降低了计算复杂度。我们对PTH算法的新颖改进确保其能处理路径约束，从而普遍适用于约束混合MPC。两种策略在参考跟踪方面表现良好，且不违反路径约束，并满足丸注入系统实时控制的计算时间限制。然而，基于PTH的MPC策略的计算时间始终快于常规MI-MPC策略。
引用
@article{arxiv.2306.00415,
title = {Mixed-Integer MPC Strategies for Fueling and Density Control in Fusion Tokamaks},
author = {Christopher A. Orrico and Matthijs van Berkel and Thomas O. S. J. Bosman and W. P. M. H. Heemels and Dinesh Krishnamoorthy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.00415},
year = {2023}
}