hl-2a装置真空室烘烤温度反馈控制系统设计 feedback control system for baking temperature of vacuum chamber on hl-2a tokamak.pdfVIP

第 36 卷 第 2 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.36, No.2 2 0 1 6 年 6 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics June 2016 文章编号：0254−6086(2016)02−0160−07 DOI: 10.16568/j.0254-6086.201602011 HL-2A 装置真空室烘烤温度反馈控制系统设计 许 婕，董方正，唐芳群，田培红 (核工业西南物理研究院，成都 610041) 摘 要：设计了 HL-2A 装置主机真空室烘烤温度反馈控制系统，用实验法获得系统近似数学模型，建立了 HL-2A 装置烘烤系统阶跃响应模型。运用控制理论对系统性能指标进行了设计分析，利用 Simulink 软件对控制系 统进行了稳定性分析，通过西门子 PLC300 系统对此控制系统进行了软硬件实现。 关键字：HL-2A装置；烘烤温度；阶跃响应；反馈控制 + 中图分类号：TL62 8 文献标识码：A 1 引言 确控制平顶温度，本项目设计了装置真空室烘烤温 HL-2A装置是中国第一个具有轴对称偏滤器 度反馈控制系统。 用于受控核聚变研究的中型实验装置，真空室是 HL-2A装置主机的重要组成部分，在进行物理实验 2 烘烤系统阶跃响应模型建立 前须使其达到良好的真空性能，以满足等离子体放 2.1 烘烤加热器调整方式概述 电要求[1, 2] 。经试验表明，对真空室进行烘烤除气， HL-2A装置烘烤电源加热器是电阻性负载，采 可以达到装置实验所需的本底真空度和较低的杂 用了三相交流调压装置，加在负载上的电压是连续 质水平，通过对真空室进行烘烤可获得比在常温运 可调整的。通过控制加热器晶闸管导通角来改变加 行状态下更好的真空指标。常温运行时获得的极限 热器输出电压及功率，从而控制加热器出水口温 −4Pa ，烘烤后真空室的极限真空度提 度。远程的4~20mA信号作为控制信号，导通角随 真空为 1.4×10 −5Pa ，故对真空室进行 着控制信号变化，产生脉冲触发信号。该设备采用 高了近一个量级，为 1.9×10 烘烤极其重要。HL-2A装置对真空室及其内部构件 线性垂直移相控制方法实现对导通角的控制。 的烘烤采用了过热水循环加热的方法，因水的热容 当主电路电流连续时，由移相控制原理可得： π u 量较大，可防止意外断电引起真空室温度的骤变， α − k π 。其中，u为主电路电压； U 取 2 2U sym 甚至可能导致的真空泄漏等。经加热器加热后的水 sym 进入水箱，在水箱内充分混合使得水温均匀，再经 与主电路同步的、在移相范围内单调变化的周期性 过水泵加压流入盘绕在真空室、偏滤器和多级场补 移相信号；uk 为控制信号，采用直流电压，与移相 信号电压 U 比较，两者相等产生触发脉冲信号。 偿线圈的水管进行烘烤，回流的水再进入加热器进 sym