EAST装置低温控制系统优化研究

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1、面级：f造童诠塞撼曼蜜级，公珏监窑丕擅旦2中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文作者姓名：胡垦区指导教师：熊鼹班基虽主国整堂院笠壹壬佳堑堡妥塞压廑明班嚣虽主垦拱堂睫笠离±佳塑堡砥塞压学位类别：工堂】妻±学科专业：筮篚拦堂皇王捏培养单位：主垦抖堂睦盒目B塑廑整堂班塞院2013年1月ByLiangbingHuADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctor

2、ofEngineeringHefeiInstitutesofPhysicalScience，CASJan，2013II学位论文原创性声明郑重声明：本人呈交的学位论文(

3、两位导师的精心指导下完成的。从论文的选取，课题的开展，以及相关知识的学习，论文进度的把关和审核，两位导师都倾注了大量的心血。傅老师渊博的的专业知识，严谨的治学态度，诲人不倦的高尚师德，朴实无华、平易近人的人格魅力让我深受感染，获益匪浅。在我硕士阶段，庄老师就开始对我的学习和工作进行悉心的指导和无私的关怀。庄老师宽厚的师长风范，严谨求实的工作作风，勇于探索的科研精神以及乐观的生活态度让我终生受益。两位导师无论在学业、工作和生活上都给予作者亲切的关怀和热心的指导，在此我向两位导师表示最诚挚的敬意和感谢!感谢毕延芳研究员在平时工作中对我的指导和帮助，并给予论文认真的评阅和仔细的修改。毕老师对待科研

4、严谨细致，一丝不苟的态度让我由衷的敬佩，使我获益匪浅。论文工作的完成，要感谢八室众多同事的帮助。特别感谢张启勇先生、朱平先生和吴克平先生在EAST低温系统运行方面提供了宝贵的经验。感谢冯汉升博士、袁春燕博士、周芷伟博士、邱立龙博士、文,J／J,N博士，任勇博士，李珊珊，杨利娟同学对我论文方面提供的帮助。感谢浙江大学低温所的金滔教授对于论文写作的督促和指导。在我的论文写作阶段，提出了大量的修改意见，在此表示衷心的感谢!感谢研究生部的老师在我博士学习阶段给予的关心与帮助!最后感谢我的家人，他们多年来默默的支持和无私的奉献是我不断前进的永恒力量!II胡良兵2013年1月摘要捅要EAST(Exper

5、imentalAdvancedSuperconductingTokamak)全超导托卡马克装置自2005年底建成以来，已经经历过八轮实验，目前已能实现30秒的高性能、高参数的等离子体放电和时长达400秒的长脉冲放电。作为其重要子系统之一的低温系统主要承担EAST装置超导磁体以及相关部件的冷却，确保超导磁体在工作电流及各种扰动下稳定运行。其控制系统是基于Emerson公司的集散控制系统(DCS)软件DeltaV设计，已经实现了压缩机系统的自动控制和系统预冷阶段的自动运行。随着关键设备性能的逐渐老化，低温系统运行渐渐偏离原设计工况，从而导致原有的控制系统出现性能波动等不稳定现象。新的压缩机系统投

6、入运行，其控制系统需要重新设计，解决与原有的压缩机控制系统的兼容问题。新的透平膨胀机投入运行也需要新的控制系统以便实现自动控制运行。此外，随着物理实验参数的不断提高，脉冲热负荷对低温系统影响越来越大，需要设计新的控制策略抑制脉冲负载的影响，确保低温系统和超导磁体的安全性。因此，实现系统中关键设备的自动运行，进一步完善低温控制系统结构，扩展系统功能和优化控制策略，对实现整个低温系统的全自动运行有着极其重要的意义。本文以原有的EAST低温控制系统为基础，针对系统运行中出现的问题和新的功能需求，进行系统优化研究，主要包括了低温控制系统集成设计、压缩机控制系统分析和优化、透平膨胀机系统自动控制设计和

7、低温系统脉冲负载分析及协同控制优化。在第二章中，分析EAST低温系统的运行模式，设计模式转化图。针对低温过程的特点以及对自动控制的要求，设计EAST低温控制系统结构，集成设计新压缩机控制系统和新透平控制系统的结构。建立了EAST低温过程与控制模拟平台(ECPCS)。通过此平台可以开展低温系统动态特性研究，控制算法研究，操作员培训以及故障态诊断模拟研究等。在第三章中，针对原有压缩机系统在偏工况下运行出现的系统震