Пристрій управління концентрацією плазми в устаткуваннях типу токамак

Изобретение относится к области техники управления и предназначено для использования при построении систем управления быстропротекающими процессами, например параметрами плазмы для термоядерных установок типа токамак, и получения разрядов с заданными параметрами. Целью изобретения является повышение качества управления концентрацией плазмы за счет учета случайных возмущающих воздействий. Устройство содержит вакуумную систему токамака, блок памяти заданной концентрации, блок управления, три регистра коэффициентов, два рабочих регистра, блок умножения, четыре сумматора, аналогоцифровой и цифроаналогоБый преобразователи, коммутатор и блок памяти заданных управлений, В устройстве реализовано управление по программному каналу и по каналу обратной связи с использйванием пропорционально-интегрально-дифференциального закона. 2 зГп.ф-лы, 3 ил. Целью изобретения является повьЯшение качества управления за счет учета случайных возмущающих воздействий. На фиг. 1 -приведена блок-схема• устройства управления концентрацией плазмы на установке токамак; на • 4 З 16М1 26 фиг. 2 - схема бпока управления*, на j вый преобразователь 19 к управляющефиг, 3 - схема коммутатора. му входу вакуумной системы 1 токаУстройство содержит вакуумную сисмака. Выход интерферометра 5 подклютему 1 токамака, в состав которой г чен через аналого-цифровой превходит камера 2, пьезоклапан 3 и буобразователь 6 к первому входу стерный объем 4, интерферометр 5, первого сумматора 7, подключенноаналого-цифровой преобразователь 6, го вторым входом к выходу блока 8 первый сумматор 7, блок 8 памяти запамяти заданной концентрации, а выданной концентрации, первый 9, втою ходом - к второму входу блока 14 рой 10 и третий 11 регистры коэффиумножения, выход которого подклюциентов, первый 12 и второй 13 рабочен к второму входу второго суммачие регистры, блок 14 умножения, втотора 15. Выход генератора 22 имрой сумматор 15, коммутатор 16, трепульсов блока 21 управления соединен тий 17 и четвертый 18 сумматоры, J5 через первый делитель 23 частоты с цифроаналоговыи преобразователь 19, первым 25, непосредственно - с втоблок 20 памяти заданных управлений рым 26 и через второй делитель 24 и йлок 21 управления. частоты - с третьим 27 выходами блока 21 управления. Первый 39, Блок 21 управления содержит генератор 22 импульсов, первый 23 и вто- 20 второй 40, третий 41, четвертый 42, пятый 43, шестой 44, седьмой рой 24 делители частоты, первый 25, 45, входы коммутатора 16 соединены второй 26 и третий 27 выходы. соответственно с первыми входами Коммутатор 16 содержит счетчик с первого 29, второго 30, третьего 31, дешифратором 28, элементы 2И 29-36, элемент ЗИЛИ 37 и элемент 2ИЛИ 38, 25 четвертого 32, пятого 33 и шестого 34, седьмого 35, восьмого 36 элеменвходы 39-45, выходы 46-50, управляютов 2И. Выходы первого 29, второго щий вход 51. Выход бустерного объ30 и третьего 31 элементов И через ема 4 вакуумной системы 1 токамака элемент ЗИЛИ 37 подключены к второсоединен через пьезоклапан З с вхому 4 7 выходу коммутатора 16. Выходы дом камеры 2, с выходом которой опти— зо седьмого 35 и восьмого 36 элементов чески связан вход интерферометра 5. 2И подключены через элемент 2ИЛИ 38 Управляклций вход вакуумной системы к третьему выходу 48 коммутатора 16. соединен с управляющим входом пьезоВыходы четвертого 32, пятого 33 клапана 3. Выходы первого 9,второго и шестого 34 элементов 2И подклю10 и третьего 11 регистров коэффици- 35 чены соответственно к пятому 50, ентов, блока 14 умножения, второго первому 46 и четвертому 49 выходам сумматора 15, первого 12 и второй 13 коммутатора 16, управляющий вход 51 рабочих регистров подключены сооткоторого подключен к входу счетчиветственно к первому 39, второму ка с дешифратором 28, подключенного 40, третьему 41, четвертому 42, пя- 40 первым выходом к вторым входам пертому 43, шестому 44 и седьмому 45 вого 29, пятого 33 и седьмого 35 входам коммутатора 16, первый 46, элементов 2И, вторым выходом - к второй 47, третий 48, четвертый 49 и вторым входам второго 30, шестого пятый 50 выходы которого подключены соответственно к входу третьего 45 34 и восьмого 36 элементов 2И, а третьим выходом - к вторым входам сумматора 17, первым входам блока третьего 31 и четвертого 32 эле14 умножения и второго сумматора ментов 2И. 15, входам первого 12 и второго 13 рабочих регистров. Первый 25, второй Работа предлагаемого устройст26 и третий 27 выходы блока 21 управ-5 Q ва состоит в следующем. ления подключены соответственно к Перед началом работы, в качествходу блока 8 памяти заданной концент- * ве исходных данных в ячейки блока рации, управляющему входу 51 комму8 памяти записываются значения зататора 16 ивходу блока 20 памяти данной концентрации п^. частиц плаззаданных управлений, выход которого мы в камере 2, а блока памяти 20 подключен к пер'вому входу четвертого значения заданных управлений и,, сумматора1 18, подключенного вторым обеспечивающих (при отсутствии возвходом к выходу третьего сумматора мущающих во-здейстйин) заданную кон17, я выходом - через цифрпаналоггг-центрацию n ^ частиц при реализации 1641126 6 выхода второго сум 'атора 15 на вход желаемого сценария разряда плазмы первого рабочего регистра 12 и штеодл в камере 2. Рабочие регистры J2 и второго рабочего регистра 13 на пер13 и накапливающий сумматор 17 успый вхоц второго сумматора ID,' танавливаются в нулевое состояние, - в третьем ТЙКТЄ откі ^шается треВ делители 23 и 24 частоты блока тий 31 и четвертый 32 элементы 2И, 21 управления заносятся коэффициенобеспечивая коммутацию выхода третьты П ^ и ІІ£ пересчета, обеспечиваюего регистра 11 коэффициентов на щие заданную частоту выдачи импуль^ первый вход блока 14 умножения и высов на выходы 25 и 26 блока 21 упхода блока 14 умножения на вход вторавления для обеспечения заданной рого рабочего регистра 13 соответскорости последовательного считывания, ственно. значений концентрации и управлений из ячеек блоков 8 и 20 памяти соотС выхода интерферометра 5 значен и е 1 ветственноо В регистры 9, 10 и 11 ко- 15 концентрации частиц п, в камее эффициентов записываются коэффициентР 2 преобразуется в цифровой код с помощыо преобразователя б и постуты а„, а, и а £ соответственно. , , O пает на первый вход первого суммаРабота устройства начинается после тора 7, на второй вход которого позапуска генератора 22 импульсов бло20 дается с выхода блока 8 памяти знака 21 управления, который выдает чение заданной концентрации п. „ С тактовые импульсы: выхода первого сумматора 7 значение - по первому выходу 25 с пересчеотклонения концентрации Дп < = п,; -п; том на первый коэффициент ГЦ для счипоступает на второй вход блока 14 тывания информации с блока 8 памяти 25 умножения, на выходе котороїо в перзаданной концентрации; вом, втором и третьем тактах форми- по второму выходу 26 непосредруются соответственно значения а 0 Дп. ственно для управления коммутатором а 2 Дп' номер итерагде і - по третьему выходу 27 с пересчеЦии. В течение первых двух итераций том на второй коэффициент ТЬ для счи- 30 в рабочих регистрах 12 и 13 формитывания информации с блока 20 памяти 1'уются соответственно значения заданных управлений. По мере поступления управляющих сигналов на входы первом такте і-й птерадии с выхода регистров адреса, работакщих в ревторого сумматора 15 значение гг.шжиме счетчиков, блоков 8 и 20 памяти, ,г ращения управления канала обргтна выходных регистрах этих блоков поной связи Aluf" = а о Дп | + a j unj_, + , следовательно во времени устанавли+ а г (s і і- поступает на вход третьваются значения заданных концентраций его сумматора 17, где вычисляется и управлений соответственно. полное значение управления канала При поступлении управляющих сиг40 обратной связи- u*jc = u°.c1 + u ^ , налов тактовой частоты на управляющий которое на четвертом сумматоре 18 вход 51 блока 21 управления счетчик с складывается со значением задангіодешифратором 28 выдает последовательго управления 'Uy, поступающим с выно на свои первый, второй и третий хода блока памяти 20. Аналоговое знавыходы управляющие сигналы так, что: 45 чение управляющего сигнала и = и + - в первом такте открывается пер+ и,, подается на вход пьезоклапана вый 29, пятый 33 и седьмой 35 эле3, который обеспечивает поступлементы 2И , обеспечивая тем самым комние соответствующей порции инертмутацию выхода первого регистра 9 коного газа из бустерного объема 4 в эффициентов на первый вход блока 14 50 камеру 2. Во втором и третьем такумножения, выхода второго сумматора тах і-й итерашш в рабочих регистрах 15 на вход третьего сумматора 17 и 12 и 13 формируются соответственно зыхода первого рабочего регистра 12 значения а &п; + а 2 Дп;„, и а^ &п;, на первый вход второго сумматора 15; которые используются в следующей - во втором такте открывается вто- eg (і+0-й итерации. Поскольку знарой 30, шестой 34 и восьмой 36 элечения заданных концентрации и упменты 2И, обеспечивая коммутацию выравлений считываются последовательхода второго'регистра 10 коэффициенно из ячеек блоков 8 и 20 памяти, Т.Є. ИЗМенЯЮТСЯ БО времени \Пг(t) И тов на первый вход блока 14 умножения, 1641126 сами и расширить класс применений устройства на объекты, где требуется немедленная реакция на возмущающие воздействия, во избежание аварийных ситуаций. ц , і t ) , т о нРірабаТЬШаЄМЬій а стве управляющей пьезоклапаном Э сигнал также изменяется во времени ое u(t) = п (t) + Uj(t'), причем значение управляющего сигнала обратной ос связи u і равное u может быть + а. Л n преобразовано (при а 0 - к0 + 8 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Устройство управления концентрацией плазмы в установках типа то2к. камак, содержащее схему управления, t " О ' ап = д С ' —с включающую последовательно соединенгде к 0 , к 4 , к 2 - коэффициенты и с ные блок управления, блок памяти заучетом того, что и •_1 = к 0 Дп j_ 1 + данной концентрации и сумматор, выход схемы управления соединен с у п квиравляющим входом вакуумной системы токамака, выполненной в виде послеос ос довательно соединенных буферного объду у . = ема, пьезоклапана и камеры, с которой 20 оптически связан вход интерферометра, выход интерферометра соединен со входом схемы управления, при этом упj , который представляет равляющим входом вакуумной системы о собой не что иное, как пропордио25 является вход управления пьезоклапана, о т л и ч а ю щ е е с я тем, нально-интегрально-дифференциальныйчто, с целью повышения качества упзакон управления. равления яа счет учета случайных возha ф и г . 1 не показаны те связи мущающих воздействий, дополнительно блока управления с другими блоками, введены три регистра коэффициентов которые реализуются известными станитераций, два рабочих регистра, блок дартными способами и по которым п о умножения, три сумматора, аналогодаются' сигналы синхронизации работы цифровой и цифроаналоговый преобвсего устройства и его блоков (сигнаразователи, коммутатор и блок палы считывания с регистров, умножения, мяти заданных управлений, при этом суммирования и преобразования), привыходы первого, второго и третьего чем здесь учтено, что синхросигналы регистров коэффициентов, блока умна преобразователи 6, 19 подаются в ножения,* второго сумматора, первого три раза реже, чем на регистры, суми второго рабочих регистров соедиматоры, поскольку на обработку и н нены соответственно с первым, втоформации в канале обратной связи затрым, третьим, четвертым, пятым, ш е рачивается три такта. стым и седьмым входами коммутатоНаличие двух каналов (программнора, первый, второй, третий, четверго и обратной связи) управления в тый и пятый выходы которого подклюпредлагаемом устройстве позволяет чены соответственно к входу третьсущественно (по сравнению с прототи- 45 его сумматора, первому входу блока пом и известными аналогами) расшиумножения, первому входу второго рить его функциональные возможности сумматора и рходам первого и второго и обеспечить э&фективное управление рабочих регистров, выход аналогопри реализации заданного сценария цифрового преобразователя соединен разряда с учетом случайных возмус вторым входом первого сумматора, щающих воздействий. Высокая операвыход которого подключен к второму тивность обработки информации в цепи входу блока умножения, выход блока обратной связи (задержка информации умножения соединен с вторым входом в канапе обратной связи не превышает второго сумматора, блок управления 1 м к с , в то время, как при реализации подключен вторым выходом к управляаналогичного алгоритма в микропроцесющему входу коммутатораj третьим соре INTEI-80H0 задержка составляет выходом через блок памяти заданных 2 мс) позволяет повысить качество управлений к первому входу четвертеуправления быстропротекающимн процес 10 зо 1641126 го сумматорл, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход - со входом цифроаналогового преобразователя, выход цифроаналогового и вход аналого-цифрового преобразователей являются соответственно выходом и входом схемы управления. 2. Устройство по п. 1, о т л и 10 ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде генератора импульсов и двух делителей частоты, при этом выход генератора импульсов подключен через первый и второй дели15 тели частоты соответственно к первому и третьему выходам блока управления и непосредственно соединен с вторым выходом блока управления. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что коммутатор содержит счетчик с дешифратором, восемь элементов 2И и элементы 2ИЛИ и ЗИЛИ, при этом первые входы первого, второго, третьего, четвер25 фие.1 того, пятого и шестого, седьмого, восьмого элементов 2И являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым входами коммутатора, выходы первого, второго и третьего элементов 2И через элемент ЗИЛИ подключены ко второму выходу коммутатора, выходы седьмого и восьмого элементов 2И через элемент 2ИЛИ соединены с третьим выходом коммутатора, выходы четвертого, пятого и шестого элементов 2И являются соответственно пятым, первым и четвертым выходами коммутатора, управляющим входом которого 'является вход счетчика с дешифратором, первый выход счетчика с дешифратором соединен со вторыми входами первого, пятого и седьмого элементов 2И, второй выход - со вторыми входами второго, шестого и восьмого элементов 2И, а третий выход - со вторыми входами третьего и четвертого элементов 2И. 1641126 гг 25 гз п 24 16 Фиг.I 51 39 40 41 30 3Z 42 43 -г 34 44 45 35 фиг.З Редактор И.Шубин 36 Составитель А.Ястребов Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко t Заказ 1288/ДСП Тираж 144 Подписное ВНИИПИ Государствечного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101