شناسایی و کنترل حرکت افقی پلاسما در سیستم d-t

چکیده: از دیرباز آرزوی بشر دستیابی به منبعی از انرژی بوده که علاوه بر آنکه بتواند مدت مدیدی از آن استفاده کند تولید پسماندهای خطرناک نیز در پی نداشته باشد. اکنون در هزاره سوم میلادی این آرزوی به ظاهر دست نیافتنی کم کم به واقعیت می پیوندد. اکنون بشر خود را آماده می کند تا با ساخت اولین راکتور هسته ای آرزوی نیاکان خود را تحقق بخشد. سوختی پاک و ارزان به نام هیدروژن با انرژی تولیدی فوق العاده زیاد و پسماندی بسیار پاک به نام هلیوم. سالهاست که دانشمندان واکنشی را که در خورشید و ستارگان رخ داده و در آن انرژی تولید می کند کشف کرده اند. این واکنش عبارتست از برخورد هسته های اتم هیدروژن و تولید یک هسته اتم هلیوم. یک تعریف پایه ای و ساده از همجوشی هسته ای عبارتست از ترکیب هسته های چند اتم سبکتر و تشکیل یک هسته سنگین تر که با آزاد شدن انرژی همراه است. همان طور که می دانیم هسته از ذرات ریزی تشکیل شده است که پروتون و نوترون جز لاینفک آن هستند. نوترون بدون بار و پروتون دارای بار مثبت است که سایر بارهای مثبت را به شدت از خود می راند. حال سوال اساسی که مطرح می شود آن است که اگر پروتون ها یکدیگر را دفع می کنند چگونه می توان آنها را در همجوشی هسته ای شرکت داد؟ راه حل اساسی آن است که به این پروتون ها آنقدر انرژی بدهیم که انرژی جنبشی آنها بیشتر از نیروی دافعه کولنی آنها شود و پروتون ها بتوانند به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک شوند. اما برای این کار چیزی حدود 100 میلیون درجه سانتی گراد انرژی لازم است که هیچ محیط مادی توان مقاومت در برابر چنین انرژی را ندارد. یکی از راه های حل این مشکل محصورسازی مغناطیسی است. توکامک دستگاه چنبره ای محصورسازی پلاسماست که در آن از میدان های مغناطیسی برای محصورسازی و کنترل پلاسمای گرم استفاده می گردد. توکامک دماوند یک مجموعه پژوهشی در زمینه گداخت هسته ای است که در آن پلاسمایی با جریان بیشینه 40 کیلوآمپر در مدت زمان 20 میلی ثانیه تولید می شود. در این پروژه برای اولین بار موفق به کنترل جابجایی افقی پلاسما در توکامک دماوند در مسیر متغیر برنامه ریزی شده و در مدت زمان تخلیه الکتریکی شدیم. با بکارگیری این قابلیت پلاسما در محدوده زمانی گوناگون از یک تخلیه الکتریکی در مکان های خاصی از چنبره کنترل می شود. این کنترل امکان بررسی پارامترهای مختلف پلاسما را در شرایط مختلف زمانی و مکانی از یک تخلیه مهیا می کند. برای شناسایی مدل حلقه بسته کنترل مکان افقی پلاسما، ابتدا پس از انجام آزمایشات لازم معادلات مدارات راه انداز جریان کنترلی در پیچه ها به طور کامل تشریح گردید. سپس به بررسی روابط حاکم بر پلاسما پرداختیم. به دلیل پیچیدگی روابط حاکم بر فیزیک پلاسما امکان مدل سازی فیزیکی پلاسما وجود ندارد، به همین منظور با استفاده از تکنیک شناسایی سیستم-ها به مدل سازی دستگاه موجود پرداختیم. یکی از مشکلات موجود در شناسایی این دستگاه عدم امکان اعمال کامل و یکباره سیگنال prbs بوده که به علت کوتاه بودن زمان ماندگاری پلاسما و محدودیت سخت افزاری در راه انداز جریان کنترلی می-باشد. به همین دلیل در هر آزمایش بخشی از این سیگنال اعمال گردیده است. در این پژوهش برای مدل سازی دستگاه از دو مدل پیش بین با ساختار narx و مدل شبیه ساز با ساختار noe بر پایه شبکه عصبی mlp استفاده گردیده است. در نهایت براساس مدل شبیه ساز بدست آمده کنترل کننده غیر خطی عصبی بر پایه شبکه عصبی mlp برای جایگزینی با کنترل کننده خطی pd طراحی و ارزیابی شده است.