核融合装置における密結合超伝導コイルの電流最適制御の研究

• Project/Area Number: 08680543
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Nuclear fusion studies
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 山田 修一 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (50249968)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 力石 浩孝 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (60249969) ; 北川 史郎 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (40023725) ; 三戸 利行 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (10166069) ; 棚橋 秀伍 核融合科学研究所, 安全管理センター, 教授 (30023683)
• Project Period (FY): 1996 – 1997
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1997)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 1997: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 1996: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 核融合実験装置 / 密結合負荷 / 超伝導コイル / 電流最適制御 / 多変数制御理論 / 大型ヘリカル装置 / サイリスタ変換器

Research Abstract

核融合実験装置では、プラズマの平衡維持と位置制御等から、複数の接近したコイルの電流を独立に制御する必要がある。プラズマの動的変化に伴い磁場には擾乱が生ずるため、電流制御に於いてはこれを打ち消すような動的な電流制御が要求され、この擾乱に対して制御系が常に高い安定性を保持するロバスト性が要求される。本研究では、相互に強く結合し、外部から強い擾乱を受けるコイル群に対して、各々コイル電流値をそれぞれ独立且つ速やかに高精度で目標値に整定させると共に、外部擾乱による影響を受けにくい電流制御系を開発することを目的としている。
平成9年度は、全て超伝導コイルで構成される大型ヘリカル実験装置(LHD)のコイル電流最適制御に対しての応用を試みた。先ず、6ケの密結合の超伝導コイルのインダクタンスマトリックスの評価(理論値超伝導状態での実測値の比較検討)、電圧リップル低減のためのL-Cフィルタとこれに伴う制御遅れの最適化、電流制御に必要な演算処理容量と計算機システムの構成、等である。一方、閉ループを形成する極低温支持構造物に対しては、超伝導コイルの端子から観測される等価インピーダンスの周波数応答から推測している。電流制御アルゴリズムとしては、インダクタンスマトリックスを用いた状態方程式を直接計算し、電源電圧の指令値を決定する方法を用いている。
LHDの冷却は平成10年2月より冷却を開始し、超伝導状態を確認した段階である。実機LHDでの電流制御特性の実証、H∞制御理論の適用等による完全干渉電流制御は今後の課題とする。

Research Products

• [Publications] 力石浩孝: "超伝導コイル用電源技術-大電流直流電源制御技術-" プラズマ核融合学会誌. 78・8. 850-856 (1997)