基于EPICS的快控电源监控系统的设计

EAST放电实验会产生大量的工程数据,其中快控电源部分的数据十分重要,需要对相关数据进行监控及存储,对此提出了基于EPICS的快控电源监控系统的解决方案。该系统采用EPICS框架,使其能够通过采集卡采集前端传感器输出的信号或者其他现场总线模块采集数据,同时存储在EPICS数据库和MDSPlus数据库中,按照定时等方式传送到界面进行显示,监测采集到的值是否超过阈值引起报警等功能。该系统有效地满足了实验人员对快控电源数据的监控及存储需求,也为实验后相关数据的查询提供了便利。     

基于CUDA的二维泊松方程快速直接求解

二维泊松方程离散化之后可以转化为一个具有特殊格式的块三对角方程的求解问题,通过对这一结构化线性方程组的研究,提出了一个适用于统一计算架构(CUDA)的泊松方程并行算法.该算法通过离散正弦变化,可以将计算任务划分为若干相互独立的部分进行求解,各部分求解完成后再通过一次离散正弦变换即可获得最终解,整个求解过程只需要两次全局通信.结合GPU的硬件特征进行优化之后,该算法相比CPU上的串行算法可以获得10倍以上的加速比.     

实时交互式虚拟EAST系统

实时交互式虚拟EAST(全超导托卡马克)系统能够三维重现EAST装置,在线获取EAST实验工程数据,实时显示等离子放电位形等三维物理实验成果。该系统采用B/S(浏览器/服务器)结构框架,结合了VRML(虚拟现实建模语言)和Java3D两种虚拟现实技术。利用VRML建立EAST三维仿真模型,结合Java3D实现用户与场景的交互,最终实现一个实时、动态的三维物理实验系统,从而推动EAST实验的进行。     

基于VC与IDL混合编程的数据可视化系统

针对EAST实验需要,设计了等离子体放电位形可视化系统。该系统采用VC与IDL混合编程模式实现,将VC友好人机界面等优势和IDL强大的数据分析可视化功能完美结合。实验结果证明了VC与IDL混合编程在等离子体物理实验数据分析及可视化应用的可行性和高效性。     

虚拟EAST系统的设计与实现

虚拟EAST系统能三维再现EAST装置,并提供360度全方位浏览EAST内部结构及点击访问相关信息的功能.交互式虚拟EAST的建立使用了3ds Max和虚拟现实建模语言(VRML)技术,3ds Max提供了良好的可视化开发环境,可以利用其产生高质量的3D模型;VRML是Web上建立三维虚拟模型的标准语言,可以构造虚拟场景并实现用户与虚拟场景的互动.初步构建了虚拟EAST系统,可以动态交互地再现EAST装置,为全面虚拟EAST的三维物理实验建立了基础.     

基于MDSplus的EAST长脉冲数据采集系统设计与实现

随着EAST装置放电实验的进行,EAST放电时间将由现在的秒级提供到百秒千秒级,现有的低速、短脉冲数据采集系统已不能满足等离子体长时间放电的要求。本文设计并实现了基于MDSplus的EAST长脉冲数据采集系统,该系统提供中高速数据采集、实时数据存储和实时数据发布,在模拟放电测试环境中,取得了满意的预期效果,为下一轮EAST长脉冲放电实验提供了基础。     

基于LightGBM的EAST杂质破裂预警

对全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环(EAST)运行放电期间发生的杂质破裂进行预测对未来的聚变装置的长脉冲稳态放电有重要意义. 根据杂质破裂的物理特性筛选出的2018年的334炮杂质破裂炮数据以及2021年的1628炮非破裂炮作为训练炮, 再由等离子体平衡、密度、电流以及辐射等8种诊断信号组成的训练样本以LightGBM算法训练出杂质破裂预测模型. 实验结果表明LightGBM算法模型可以对杂质破裂进行准确预测(成功预测率96.29%), 非破裂炮的误判率6.87%. 研究结果证明利用LightGBM进行EAST等离子体杂质破裂预警是可行的方案.     

基于神经网络的EAST密度极限破裂预测

为了对全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)密度极限破裂进行预测, 根据密度极限破裂的基本特征从2014到2019年放电数据中筛选出972炮密度极限破裂炮, 选取了13种诊断信号为特征作为输入, 分别由多层感知机(MLP)和长短时记忆网络(LSTM)为模型、以破裂概率为模型输出建立破裂预测器对密度极限破裂进行预测实验. 结果表明: 对密度极限破裂炮, 在不同的预警时间下, LSTM的成功预测率(95%)均高于MLP的成功预测率(85%); 而对于非破裂炮, LSTM和MLP的错误预测率相近(8%). LSTM对密度极限破裂的预测性能较MLP有较大的提高. 说明利用神经网络进行EAST密度极限破裂预测以及提高破裂避免和缓解系统响应性能的可行性.     

EAST破裂炮的判定与波形显示

EAST运行放电期间等离子体破裂时有发生,破裂炮的判定及破裂参数的提取对破裂物理和未来ITER电流猝灭时间预测的研究具有重要意义.为了方便远程实验人员查看分析历史炮的破裂情况,需要根据等离子体电流进行破裂判定,采用MATLAB技术判定破裂并提取出主要参数存储到MySQL数据库中,同时结合Web技术搭建网站,并利用Dygraphs插件显示放电期间预设和实际参数.EAST破裂炮的判定与波形显示工作的实现,免去了实验人员手动记录的繁琐性,便于查询与对比分析,合理利用了放电时间.     

基于PXI的EAST装置软X射线采集系统

由于EAST装置现有采集系统存在信号衰减,采样率较低等不足,利用同步采集卡PXI2022,结合Raid0磁盘存储技术,设计并实现了EAST装置软X射线采集系统。数据存储采用MDSplus,增强了通用性,便于国际交流。该系统已在2010年秋季EAST实验中得到成功运用。