[發(fā)明專利]穩(wěn)定核聚變裝置中新經(jīng)典撕裂模的電機(jī)運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110172094.0
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112987558B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張洋;錢靜;張立元;李波;王曉潔;徐旵東;劉海慶;張曉東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42;G21B1/05
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發(fā)明公開了一種穩(wěn)定核聚變裝置中新經(jīng)典撕裂模的電機(jī)運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)及方法；該機(jī)構(gòu)包括：控制對象、零背隙電機(jī)、電機(jī)傳感器、上位機(jī)、運(yùn)動控制器、伺服驅(qū)動器和通訊網(wǎng)絡(luò)；上位機(jī)將穩(wěn)定新經(jīng)典撕裂模對控制對象的角度需求轉(zhuǎn)化為零背隙電機(jī)的運(yùn)動參數(shù)和控制命令，通過局域以太網(wǎng)和運(yùn)動控制器通訊；運(yùn)動控制器通過工業(yè)實(shí)時以太網(wǎng)和伺服驅(qū)動器通訊，向伺服驅(qū)動器發(fā)送電機(jī)運(yùn)動參數(shù)和控制命令，并獲取電機(jī)實(shí)時運(yùn)動數(shù)據(jù)；伺服驅(qū)動器根據(jù)電機(jī)運(yùn)動參數(shù)和控制命令，結(jié)合電機(jī)傳感器信號和本地參數(shù)，控制零背隙電機(jī)在微行程范圍內(nèi)的高速位移和精密定位，從而實(shí)現(xiàn)對控制對象的角度調(diào)節(jié)，以滿足在核聚變裝置中穩(wěn)定新經(jīng)典撕裂模這一物理研究的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核聚變實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種穩(wěn)定核聚變裝置中新經(jīng)典撕裂模的電機(jī)運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)及其方法。

背景技術(shù)

托卡馬克裝置為了獲得高性能等離子體，必須要對放電過程中出現(xiàn)的新經(jīng)典撕裂模(NTMs)磁島進(jìn)行實(shí)時反饋控制。電子回旋加熱(ECRH)和電流驅(qū)動(ECCD)是目前已知的最佳控制手段，已被廣泛用于DIII-D、JT-60U、ASDEX-U、FTU和TCV等國際主流裝置，并開展了一系列NTMs控制實(shí)驗(yàn)研究。NTMs實(shí)時反饋控制的一個關(guān)鍵核心技術(shù)，是需要精確、快速地調(diào)節(jié)電子回旋(EC)波束在等離子體中的沉積位置，使其始終與NTMs磁島保持對齊。目前，滿足NTMs主動控制的需求，主要存在以下不足：

(1)無法同時滿足電機(jī)運(yùn)動高精度和快響應(yīng)兩個性能指標(biāo)，也即實(shí)現(xiàn)毫米量級微行程范圍內(nèi)的高速位移和精準(zhǔn)控制。

(2)電機(jī)運(yùn)動模式單一，運(yùn)動參數(shù)被封裝且難以修改，無法滿足靈活的物理實(shí)驗(yàn)研究的需求。核聚變裝置上NTMs主動控制研究需要探索不同的控制策略，底層電機(jī)的運(yùn)動模式必須予以匹配，并通過不斷的實(shí)驗(yàn)摸索，對運(yùn)動參數(shù)和控制模式進(jìn)行優(yōu)化，以最終滿足未來聚變反應(yīng)堆條件下的控制需求。

(3)無法將可轉(zhuǎn)動鏡面轉(zhuǎn)動過程中的實(shí)時運(yùn)動數(shù)據(jù)與等離子體放電時間同步，不利于后期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種穩(wěn)定核聚變裝置中新經(jīng)典撕裂模的電機(jī)運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)及其方法，以期實(shí)現(xiàn)電機(jī)在毫米量級微行程中的高速運(yùn)動及精準(zhǔn)控制，并發(fā)展多種靈活的控制策略，為新經(jīng)典撕裂模主動控制研究提供可靠的技術(shù)支持。

本發(fā)明為達(dá)到上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種穩(wěn)定核聚變裝置中新經(jīng)典撕裂模的電機(jī)運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)包括：控制對象、執(zhí)行單元、控制單元和通訊網(wǎng)絡(luò)；

所述控制對象為電子回旋波可轉(zhuǎn)動鏡面機(jī)械組件中的可轉(zhuǎn)動鏡面；

所述執(zhí)行單元包括：零背隙電機(jī)、電機(jī)傳感器；

所述控制單元包括：上位機(jī)、運(yùn)動控制器和伺服驅(qū)動器；

所述通訊網(wǎng)絡(luò)包括：局域千兆以太網(wǎng)、工業(yè)實(shí)時以太網(wǎng)；

所述通訊網(wǎng)絡(luò)中的局域千兆以太網(wǎng)用于上位機(jī)和運(yùn)動控制器之間的通訊，工業(yè)實(shí)時以太網(wǎng)用于運(yùn)動控制器和伺服驅(qū)動器之間的通訊；

所述上位機(jī)將對電子回旋波束可轉(zhuǎn)動鏡面的角度需求和控制策略轉(zhuǎn)化為所述零背隙電機(jī)的運(yùn)動參數(shù)和控制命令，并通過局域千兆以太網(wǎng)發(fā)送給運(yùn)動控制器；同時，通過局域千兆以太網(wǎng)獲取電機(jī)實(shí)時運(yùn)動數(shù)據(jù)；并通過上位機(jī)串口獲取角度傳感器檢測到的可轉(zhuǎn)動鏡面的極向角，以標(biāo)定控制機(jī)構(gòu)的精度；

所述運(yùn)動控制器通過局域千兆以太網(wǎng)接收所述上位機(jī)發(fā)送來的電機(jī)運(yùn)動參數(shù)和控制命令，同時，通過工業(yè)實(shí)時以太網(wǎng)向所述伺服驅(qū)動器發(fā)送電機(jī)運(yùn)動參數(shù)和控制命令，并獲取所述伺服驅(qū)動器發(fā)布的電機(jī)實(shí)時運(yùn)動數(shù)據(jù)；