分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-01
摘要： 天环一号（CAT-1: China Astro-Torus 1）是国内首个采用磁悬浮偶极场磁体设计的磁约束等离子体装置。本文根据CAT-1装置总体目标和参数设计要求，采用线电流简化模型，基于矢量磁场、力学平衡及动力学等方法，对悬浮磁体稳定性进行了分析计算，给出了装置悬浮磁体、托举线圈和TSR线圈的总体尺寸、空间位置与布局、电流、重量、特征稳定性能及作用关系等设计参数。结果表明：对于CAT-1装置的悬浮磁体1200kg、电流5MA、悬浮距离2.0 m设计目标，托举线圈半径最优值为1.7 m，相应的电流为 3.49 kA，为实现对悬浮磁体偏移运动的有效阻减及控制，平衡点附近工作区域应限制在Δz < 100 mm、er < 50 mm、α< π/24。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-04-15
摘要： 天环一号（CAT-1: China Astro-Torus 1）是一个悬浮偶极场磁约束装置，主要用于偶极场等离子体物理实验研究，要求中心悬浮超导磁体在无冷却和无电源条件下稳定悬浮至少5h。本文设计了超导托举磁体与中心悬浮磁体环耦合的悬浮控制系统，为确保1200 kg、5 MA中心悬浮磁体环稳定悬浮，完成了控制系统的Simulink模型建立和仿真，基于 Routh-Hurwitz稳定判据，研究了PID（Proportion-Integral-Derivative）控制策略对稳定控制影响，确定了稳定控制参数选取的范围：理想条件下PD（Proportion-Derivative）控制系统上升时间为0.1545 s、峰值时间为0.6283 s、调节时间0.0848 s。结果表明：基于PID能够在较短的时间内将悬浮超导环恢复在预设平衡位置，采用合适的启动方式可极大的降低电路的负载。本结果为悬浮超导悬浮偶极场装置设计研发提供关键技术支撑。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-03-03
摘要： 针对天环一号（CAT-1: China Astro-Torus 1）偶极场等离子体物理实验要求，装置要求中心漂浮超导线圈在无冷却和无电源条件下稳定悬浮至少5hr，设计了超导托举线圈与中心漂浮线圈耦合系统的悬浮控制系统。为确保1200 kg、5 MA悬浮磁体稳定悬浮，完成了控制系统的Simulink模型建立和仿真，基于 Routh-Hurwitz稳定判据，研究了PID控制策略对稳定控制影响，确定了稳定控制参数选取的范围：当驱动托举线圈的电源响应频率应大于9 Hz，输出电流的误差小于0.1%时，理想条件下PD控制系统最有控制效果为延迟时间为0.0463 s、上升时间为0.1545 s、峰值时间为0.6283 s、调节时间0.0848 s、超调量δ=1.6，稳态误差err小于0.05 mm，为电源相应频率大于9 Hz，输出误差小于0.05%。结果表明：基于PID能够在较短的时间内将悬浮超导环在预设位置，且采用合适的启动方式情况下，可极大的降低电路的负载，并为悬浮超导悬浮偶极场装置的技术可行性提供有力支撑。
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