《電漿平衡電流辨識的模型降階與貝葉斯推斷方法》是依託浙江大學，由許超擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：電漿平衡電流辨識的模型降階與貝葉斯推斷方法
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：許超
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磁約束熱核聚變中存在極其豐富的非線性動力學現象及其相應的檢測與控制問題。控制科學與電漿物理和極高溫材料科學一起，構成了熱核聚變研究的三大基本要素。本項目針對我國自主研發的全超導聚變裝置EAST托克馬克，提出了結合模型降階手段，研究電漿平衡電流密度辨識的貝葉斯推斷方法。針對實驗中產生的海量數據，提出了基於多元統計方法的先驗知識獲取；為避免統計中對歷史數據的反覆計算，提出了遞歸正交分解方法和遞歸先驗分布估計研究；利用偽瞬態數值解法，結合模型降階方法對描述電漿平衡的橢圓型Grad-Shafranov方程實施快速求解研究。結合快速降階求解和計算統計採樣，利用即時實驗數據對先驗分布進行線上修正。另外，還提出了離線- - 線上協調的數據處理模式，其中由精細最佳化計算完成離線數據處理，而貝葉斯推斷部分完成線上辨識，其優良的實時性是電漿反饋控制的關鍵。最後將在EAST裝置上開展相應的實驗驗證。
結題摘要
電漿平衡是磁約束熱核聚變研究的重要基礎之一，其中包括大量的時空演化過程的建模、最佳化與控制問題，聚變領域對這類問題高度重視，具有鮮明的控制工程特點，既有深刻的控制理論，也有重要的套用背景支撐。本項目圍繞電漿平衡位形展開了高維實驗數據處理、放電爬升段電流密度最佳化、疊代學習控制、跟蹤的無限維反饋設計、以及平衡位形辨識等五個方面的研究工作。首先，針對聚變實驗中產生的海量測量診斷數據提出了正交分解的思想，對主要的時空演化物理特徵進行提取，並引入增量式的方法，減少正交分解的計算量，使得主要時空特徵既保持低維度的特點，又具有自適應的優點；其次，針對聚變實驗操作中操作時間長，隨意性大的特點，研究了電漿放電過程建模與曲線最佳化問題，可以大大提高電漿放電目標到達精度、節省實驗所需時間和維持實驗運行的電能。從數值計算方法上來看，我們研究的方法可以分為基於梯度和非梯度的方法，其中非梯度方法屬於加速計算類別，巧妙地運用了黎曼幾何中的極小曲面理論，大大提高了放電曲面的時空平滑性；第三，電漿放電具有明顯的間隙性和往復性，結合控制理論中的疊代學習的思路，我們探討了時空演化過程的疊代學習控制問題，是時域和頻域兩個方面進行了初步的理論分析，有望下一步在電漿放電控制上得到驗證和套用；上一點屬於電漿放電軌跡的開環控制計算，要保證線上控制的良好跟蹤性能，需要進行閉環控制，我們針對電漿的電流位形和非線性輸運模型（Fisher方程）分別進行了無限維反推控制（backstepping）和線性二次最優控制研究；第五，我們開展了平衡位形的MIMO模型辨識實驗研究，逼近效果優於目前被廣泛使用的SISO模型，基於辨識模型我們還設計了魯棒控制器；辨識－控制實驗驗證將在EAST裝置上開展。另外我們初步開展了基於電漿可見光視頻信息處理來提取平衡等離子邊界，並對EAST數據進行了初步分析，效果良好。
