[发明专利]稳定核聚变装置中新经典撕裂模的电机运动控制机构及方法

说明书

本发明公开了一种稳定核聚变装置中新经典撕裂模的电机运动控制机构及方法；该机构包括：控制对象、零背隙电机、电机传感器、上位机、运动控制器、伺服驱动器和通讯网络；上位机将稳定新经典撕裂模对控制对象的角度需求转化为零背隙电机的运动参数和控制命令，通过局域以太网和运动控制器通讯；运动控制器通过工业实时以太网和伺服驱动器通讯，向伺服驱动器发送电机运动参数和控制命令，并获取电机实时运动数据；伺服驱动器根据电机运动参数和控制命令，结合电机传感器信号和本地参数，控制零背隙电机在微行程范围内的高速位移和精密定位，从而实现对控制对象的角度调节，以满足在核聚变装置中稳定新经典撕裂模这一物理研究的需求。

技术领域

本发明涉及核聚变实验技术领域，特别涉及一种稳定核聚变装置中新经典撕裂模的电机运动控制机构及其方法。

背景技术

托卡马克装置为了获得高性能等离子体，必须要对放电过程中出现的新经典撕裂模(NTMs)磁岛进行实时反馈控制。电子回旋加热(ECRH)和电流驱动(ECCD)是目前已知的最佳控制手段，已被广泛用于DIII-D、JT-60U、ASDEX-U、FTU和TCV等国际主流装置，并开展了一系列NTMs控制实验研究。NTMs实时反馈控制的一个关键核心技术，是需要精确、快速地调节电子回旋(EC)波束在等离子体中的沉积位置，使其始终与NTMs磁岛保持对齐。目前，满足NTMs主动控制的需求，主要存在以下不足：

(1)无法同时满足电机运动高精度和快响应两个性能指标，也即实现毫米量级微行程范围内的高速位移和精准控制。

(2)电机运动模式单一，运动参数被封装且难以修改，无法满足灵活的物理实验研究的需求。核聚变装置上NTMs主动控制研究需要探索不同的控制策略，底层电机的运动模式必须予以匹配，并通过不断的实验摸索，对运动参数和控制模式进行优化，以最终满足未来聚变反应堆条件下的控制需求。

(3)无法将可转动镜面转动过程中的实时运动数据与等离子体放电时间同步，不利于后期实验数据的分析。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种稳定核聚变装置中新经典撕裂模的电机运动控制机构及其方法，以期实现电机在毫米量级微行程中的高速运动及精准控制，并发展多种灵活的控制策略，为新经典撕裂模主动控制研究提供可靠的技术支持。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种稳定核聚变装置中新经典撕裂模的电机运动控制机构的特点包括：控制对象、执行单元、控制单元和通讯网络；

所述控制对象为电子回旋波可转动镜面机械组件中的可转动镜面；

所述执行单元包括：零背隙电机、电机传感器；

所述控制单元包括：上位机、运动控制器和伺服驱动器；

所述通讯网络包括：局域千兆以太网、工业实时以太网；

所述通讯网络中的局域千兆以太网用于上位机和运动控制器之间的通讯，工业实时以太网用于运动控制器和伺服驱动器之间的通讯；

所述上位机将对电子回旋波束可转动镜面的角度需求和控制策略转化为所述零背隙电机的运动参数和控制命令，并通过局域千兆以太网发送给运动控制器；同时，通过局域千兆以太网获取电机实时运动数据；并通过上位机串口获取角度传感器检测到的可转动镜面的极向角，以标定控制机构的精度；

所述运动控制器通过局域千兆以太网接收所述上位机发送来的电机运动参数和控制命令，同时，通过工业实时以太网向所述伺服驱动器发送电机运动参数和控制命令，并获取所述伺服驱动器发布的电机实时运动数据；