автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка системы измерения электромагнитных параметров материаловедческого токамака КТМ

ОБХОДСКИЙ Артем Викторович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКОГО ТОКАМАКА КТМ

Специальность: 05.13.06 - автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (атомная промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 9 ДЕК 2010

Томск-2010

004616629

Работа выполнена на кафедре электроники и автоматики физических установок «Национальный исследовательский Томский политехнический университет».

кандидат технических наук, доцент

Павлов Вадим Михайлович

доктор технических наук, профессор

Муравьев Сергей Васильевич

доктор технических наук, профессор

Калайда Владимир Тимофеевич

Ведущая организация:

Институт физики токамаков Российского научного центра "Курчатовский институт" г. Москва.

Защита состоится 13 декабря 2010 г. в 14— часов на заседании диссертационного совета ДС 212.025.03 при Национальном исследовательском Томском политехническом университете по адресу: 634034, г. Томск, пр. Ленина, 2, 332 ауд., (корп. 10).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Национального исследовательского Томского политехнического университета по адресу: 634034, г. Томск, ул. Белинского, 53.

Автореферат разослан 12 ноября 2010 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДС 212.025.03, доктор химических наук, профессор

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Экспериментальные исследования, проводимые на физических установках типа токамак, нацелены на изучение способов создания и механизмов длительного, стабильного поддержания реакции термоядерного синтеза.

Качество экспериментов, проводимых на токамаках, во многом зависит от эффективности измерительных систем (ИС), участвующих в процессе управления параметрами исследуемого объекта (высокотемпературной плазмы) и обеспечивающих сохранение экспериментальной информации.

При создании информационно-измерительного комплекса установки токамак особое внимание уделяется системе измерения электромагнитных параметров (СИЭП). Информация, поступающая от СИЭП, используется одновременно для управления формой, положением, током, энергосодержанием и другими параметрами плазмы в реальном масштабе времени.

Токамаки являются уникальными установками, поскольку предназначены для решения определенного круга исследовательских задач. Эксперименты на токамаках могут отличаться достигаемыми предельными параметрами плазмы, характеристиками магнитного поля для удержания плазмы, режимами управления параметрами плазмы, характеристиками измерительных систем и набором применяемых методов диагностирования параметров плазмы. Данные особенности приводят к трудностям проектирования и реализации СИЭП, как единого универсального решения для установок токамак [2].

Актуальность вопросов, рассматриваемых в диссертации, обусловлена необходимостью разработки нового метода построения СИЭП, обеспечивающего оптимальные технико-экономические показатели качества измерительной системы и эффективность управления параметрами плазмы на модернизируемых, а также на вновь создаваемых физических установках и на "Казахстанском материаловедче-ском токамаке - КТМ" в частности.

Цель диссертационной работы состоит в исследовании и проектировании системы измерения сигналов с датчиков индукционного типа, обеспечивающей достоверность результатов измерений в условиях сильных помех, сохранение результатов измерений в течение разряда плазмы и выполняющей функций передачи данных смежным системам для управления параметрами плазмы в реальном масштабе времени.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Исследование принципов построения СИЭП действующих установок токамак. Анализ используемых общесистемных структур и применяемых программно-аппаратных средств.

2- Синтез оптимальной обобщенной структуры СИЭП.

3. Разработка модели системы измерения электромагнитных параметроп установки токамак КТМ. Исследование характеристик и анализ требований к функциям и характеристикам системы.

4. Разработка алгоритмов сбора, первичной обработки, передачи и регистрации измерительной информации, обеспечивающих функционирование СИЭП в реальном масштабе времени с заданными показателями качества.

5. Разработка алгоритма автоматической настройки и тестирования измерительных каналов и каналов передачи данных СИЭП.

6. Выбор из числа стандартных и разработка нестандартных программно-аппаратных средств для построения СИЭП.

7. Проведение комплексных экспериментальных испытаний СИЭП и анализ ее эффективности.

Научная новизна. Основные научные достижения диссертации следующие:

1. Впервые для построения СИЭП токамака использована иерархическая структура с разветвленными связями, реализуемая с помощью радиальных волоконно-оптических линий связи и обеспечивающая разделение информационных сигналов в цифровом виде во вторичных преобразователях с целью их одновременной передачи нескольким внешним адресатам.

2. Разработана имитационная модель распределенной измерительной системы для апробации алгоритмов первичной обработки сигналов и передачи измерительной информации, с помощью которой были определены оптимальные функции и характеристики технических и программных средств системы.

3. Адаптирован к условиям реального времени алгоритм цифровой частотной коррекции, используемый для расширения полосы пропускания датчиков индукционного типа с отличающимися электрическими параметрами;

4. Модифицирован алгоритм численного интегрирования методом Гаусса по 5 отсчетам для случая применения на установках токамак, при наличии внешних помех и условии равномерного шага дискретизации сигналов.

5. Разработан новый метод асинхронной передачи измерительной информации, позволяющий передавать кодовые последовательности неограниченной длины с минимальной информационной избыточностью без потери синхронизации.

Практическая ценность н реализация работы.

1. На кафедре электроники и автоматики физических установок НИ ТПУ, в учебный процесс внедрен лабораторный стенд «Система многоканальной диагностики быстропротекающих процессов» для подготовки магистрантов по специальности «Автоматизация научных исследований, испытаний и эксперимента».

2. Результаты проведенных исследований были реализованы на практике и применены при разработке многоканальной системы измерения электромагнитных параметров, внедренной в составе системы автоматизации экспериментов (САЭ) физической установки токамак КТМ.

Реализация результатов диссертационной работы подтверждена актами о внедрении и протоколом экспериментальных испытаний СИЭП.

Положения, представляемые к защите.

1. Структура СИЭП, обеспечивающая высокую скорость передачи измерительной информации одновременно нескольким внешним системам в реальном масштабе времени и сохранение данных без потерь при длительности разрядов плазмы более 5 с.

2. Алгоритм цифровой частотной коррекции сигналов с датчиков индукционного типа, позволяющий измерять быстроменяющиеся параметры магнитного поля с высокой точностью в широком частотном диапазоне.

3. Результаты исследования эффективности численных методов интегрирования для решения задач восстановления параметров магнитного поля измеряемых с помощью индукционных первичных преобразователей.

4. Аппаратная реализация каналов передачи данных на базе программируемых логических матриц для управления быстропротекающими процессами в реальном масштабе времени.

5. Методы и результаты экспериментальных испытаний измерительных каналов п каналов передачи данных распределенной системы измерения электромагнитных параметров установки токамак.

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлялись и обсуждались на: Международном семинаре «Экспериментальные возможности токамака КТМ и программа исследований» (г. Астана, 2005 г.), Международных научно-практических конференциях «17lh, 18th, 19th IAEA Technical Meeting on Research Using Sniall Fusion Devises» (г. Лиссабон, Португалия, 2007 г., г. Алушта, Украина, 2008 г., г. Курчатов, Республика Казахстан, 2009г.), XII, XIII, XIV и XV Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2006 - 2009 г.г.), Международных совещаниях рабочих групп по созданию термоядерной установки токамак КТМ (г. Семипалатинск, 2005 г., г. Курчатов, 2008 г.), Международном научно-техническом совещании «Automated control systems of tokamak plants» (г. Фраскати, Италия, 2008 г.), а также на научных семинарах кафедры электроники и автоматики физических установок Томского политехнического университета (г. Томск, 2005-2010 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 24 научные работы, включая 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 17 тезисов докладов на на-

учно-практических конференциях, 4 научно-технических отчета с регистрацией в ВНТИЦ и 1 учебное пособие.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 168 страниц, включая 62 рисунка, 17 таблиц, список литературы из 156 наименований и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, изложены цели и задачи, решаемые в диссертации, показана научная новизна, представлены основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Данная глава посвящена анализу исходных данных и постановке задач исследований. Особое внимание уделяется анализу функций и режимов работы СИЭП токамака КТМ. В первой главе также проведены исследования характеристик выходных сигналов датчиков электромагнитной диагностики и сформулированы требования к функциям и характеристикам СИЭП. Приведены результаты анализа существующих решений для построения измерительных систем действующих токамаков и результаты разработки обобщенной структуры СИЭП тока-мака КТМ.

Система автоматизации экспериментов токамака по количеству реализуемых функций управления и контроля технологических параметров, составу и технологичности используемой аппаратуры является сложным программно-техническим комплексом. Поиск неисправностей функционирования и настройка такого многоканального комплекса на заданные параметры разряда оператором представляет собой трудоемкий и медленный процесс, при этом человеческий фактор в данном процессе играет отрицательную роль. Ввиду данной особенности измерительная система должна функционировать в автоматическом режиме. Блок схема общего алгоритма функционирования СИЭП представлена на рис 1.1 [1, 3].

Для сравнительной оценки эффективности возможных методов реализации структуры СИЭП в диссертации предлагается использовать обобщенный информационный критерий качества

w - О-1)

" log 2Y0/V*

где, с - стоимость измерительной системы, log, V() / V* - минимальное количество информации необходимое для представления сигнала с уровнем VQ с погрешностью V*, Т - минимальное время формирования и обработки информации.

Обобщенный критерий (1.1) связывает экономические затраты с на создание и сопровождение системы со сложностью ее реализации и проектирования, точностью Vf~.IV* и быстродейст- |

О'

вием Т. Данный показатель характеризует экономические затраты на достижение единицы скорости получения информации в измерительной системе и имеет размерность [$-Мбит/с].

Для измерения потока магнитного поля формируемого плазмой с током применяются датчики индукционного типа. Схема расположения датчиков представлена на рис. 1.2.

Эквивалентная электрическая схема индукционного измерительного преобразователя показана на рис. 1.3. Параметры активного (Я) и реактивного (Ь, С) сопротивлений датчиков отличаются и за-

X

Т

3 й ! = 3 2.

Ш

Рис. 1.1. Блок схема алгоритма функционирования СИЭП

висят от конструкции, а также от длины проводных линии связи соединяющих датчик с измерительной аппаратурой СИЭП [1, 8].

Рис. 1.2. Схема расположения датчиков ЭМД Динамические свойства индукционного измерительного преобразователя описываются дифференциальным уравнением второго порядка [2, 8]:

ir i i

L- — +I-R + - [l-dt = V„„ dt r J

С;

Передаточная функция датчика: К

Т -s +2Ç-T-S + 1 Амплитудно-частотная характеристика:

1/(2 x-f-C)

(1.2) (1.3)

(1.4)

Рис. 1.3. Эквивалентная электрическая схема индукционного измерительного преобразователя

- ЭДС, наводимая в цепи, ¿, /?, С -индуктивность, сопротивление и емкость датчика соответственно, ('„.„. - уровень напряжения на выходе датчика.

Е„„ Д2+(2л-■ /-¿ + 1/2л--/-С)2 с учетом м = 2л-/ ■

На рис. 1.4, 1.5 и 1.6 представлены амплитудно-частотные характеристики датчиков ЭМД при различных значениях параметров К, Ь и С соответственно.

а

£ О XJ

Í (1.5

.............. R-2<J |<>и| .............. К «Цо«| -...........К 11" |<>м| ...............К ЛЮ|Ом| - - ' - X 1/ I N. 1 1 _\ ' . . 1 - . i \ i

С'-5|нФ|. 1.10 | MiJ'ii | г - - ! ! - ! \ • !- i 1 \ i

........ i i Í" .............i...... i .....i ... LiV 1 I 1 ч,^ ' (>2 ........г.--...

Я 1

I ».

в

< |>( 11.4-

} f ' f f

--|---[--'

í:í

-I. 4|UklH| i. S [Ukl l.| - L II («I«/

i---1---4- - -

« î г i 4 s f. fin к y io

Ча™, Г,[Гаии;

Рис. 1.4. АЧХ датчика ЭМД при различных значениях R.

(I 1 2 3 -I 5 6 7 8 V Час шш. Г. 11 и|

Рис. 1.5. АЧХ датчика ЭМД при различных значениях Ь.

(Г 0.1 02 4.4 (>.(> О H 1 , 1.2 1.4 16 I X foi J'ai f<¡2 /о'

<_)>

А-Г-1'-8 /„! ■) Частот. 1'. I ч

Рис. 1.7. АЧХ датчика ЭМД при граничных значениях Я, Ь и С.

Рис. 1.6. ЛЧХ датчика ЭМД при различных значениях С.

Для обеспечения погрешности измерения сигналов с датчиков на уровне 1 % и схемотехнической унификации измерительных каналов в диссертационной работе предложено выполнять цифровую частотную коррекцию сигналов с датчиков в диапазоне частот полезного сигнала 0-100 кГц [8].

В качестве обобщенной структуры СИЭП была предложена иерархическая структура с разветвленными вертикальными связями, представленная на рис. 1.8.

Основная идея обеспечения скорости передачи измерительной информации для выполнения циклов управления параметрами плазмы (3 и 0.3 мс) в реальном масштабе времени и сохранения данных без потерь в необработанном виде при разрядах плазмы с

Серверм длительного хранения

экспериментальных данных

Системы управления плазмой Блок регистрации данных (С11Э11)

Уровень 3

Уровень 2

Ч -

Аппаратура первичной оСфаботки сигналов (СИЭП)

Уровень2

_ —

Уровень 1

— 1 Уровень I

Первичные измерительные преобразователи (датчики ЭМД)

['не. 1.8. Иерархическая структура СИЭП с разветвленными вертикальными связями

длительностью более 5 с. заключается в разветвлении информационных потоков.

Для реализации структуры СИЭП с разветвленными связями предлагается проводить цифровую обработку сигналов на нижнем уровне системы и передавать данные во внешние системы управления и в аппаратуру регистрации одновременно по независимым радиальным волоконно-оптическим каналам [1, 2]. Значение IV,, для предложенной структуры СИЭП составило 0.31 $-Мбит/с.

Глава 2. Во второй главе особое внимание уделено разработке имитационной модели измерительного канала и канала передачи данных. По результатам модельных исследований были определены требования к составу и характеристикам элементов измерительного канала и канала передачи данных, требования к составу и функциям алгоритмов первичной обработки сигналов, сбора, передачи и регистрации экспериментальных данных, определены оптимальная частота дискретизации сигналов с датчиков и пропускная способность каналов передачи данных.

Структура типового измерительного канала СИЭП предложенная в диссертации, представлена на рис. 2.1 [3].

Элемент коррекции реализуется программно в виде разностного уравнения

= -х(п-к) + ^Ьк ■у{п-к)• (2.1)

к=О

В качестве аналогового прототипа элемента коррекции предлагается использовать апериодическое звено второго порядка с передаточной функцией аналогичной индукционному преобразователю [8].

К

/Г(^) =

Тг - я1 + 2%-Т+ \

(2.2)

где, Т-постоянная времени и Т2=Ь С, К-коэффициентусиления К = \, ^ — коэффициент демпфирования 2^-Т = Я -С ■

Аналоговая часть щмерптельного канала

ГСП

< £»«) 4 км. »,(11 ® | л« 1> и г» 7

ГС ;.....Й&)'» ПИП ЦП I-<Н ФНЧ __________1 [ —•>. АЦП

Цифровая часть измерительного канала

«».!> ! 9

(у,.о!6

Рис. 2.1 Структурная схема измерительного канала СИЭП

1- генератор сигнала; 2, 3 - генератор сигнала помехи; 4- измерительный преобразователь; 5- нормирующий преобразователь; 6-аналоговый фильтр нижних частот, 7- аналого-цифровой преобразователь; 8-нормирующий преобразователь; 9- элемент частотной коррекции; 10 -интегратор.

Коэффициенты передаточной функции аналогового прототипа корректирующего элемента Я, Ь и С определялись методом подбора, таким образом, чтобы выполнялось условие

"М)-НЖ(Л = 1, при/ = 0-100 кГц (2 3)

КАЛ ■ НХ(Г> о, при/ > 100 кГц где, #„„(/) и Н:к(/) - АЧХ измерительного преобразователя и аналогового прототипа элемента коррекции соответственно.

Пример подбора коэффициентов аналогового прототипа корректирующего элемента представлен на рис. 2.2. Для датчика с параметрами С — 10 нФ, Ь — 14 мкГн, К — 200 Ом коэффициенты передаточной функции аналогового прототипа элемента коррекции следующие С = 50 нФ, I = 36 мкГн, К = 18.3 Ом.

Как видно из рис. 2.2 элемент коррекции обеспечивает не только прямолинейность результирующей АЧХ измерительного канала в области частот 0-100 кГц, но и увеличение крутизны спада АЧХ в области задерживаемых частот (свыше 100 кГц) [8].

Результирующая функция преобразования сигнала во временной области для программной реализации элемента коррекции в явном виде с учетом Г, = 1 МГц

Частота. Г. |Гц| х ю

Рис. 2.2 АЧХ измерительного канала СИЭП с учетом коррекции

у{:) = 4.310 • 10'5 ■ х(:)+8.620 -105 • :',х(=) + 4.31010"5 • :'гх(:) - (2 4) -1.931-:~'у(:) + 0.931-:'2у(:)

Для реализации элементов коррекции датчиков ЭМД токамака КТМ была составлена таблица, включающая коэффициенты разностных уравнений для каждого отдельного датчика. Подбор коэффициентов осуществлялся с помощью модели индукционного измерительного преобразователя, при этом также учитывались характеристики К, А и С проводных линий связи для подключения датчиков к измерительной аппаратуре СИЭП.

Сигналы на выходе датчиков ЭМД пропорциональны скорости изменения потока магнитного поля и тока, для случая поясов Роговского, при этом для восстановления косвенных параметров плазмы (формы, тока, положения и т.д.) необходимо знать одновременно скорости изменения электромагнитных параметров (значения производной) и их значения в явном виде [2].

£,„=-— (2.5)

Л

Для расчета текущего значения потока магнитного поля и тока, регистрируемых датчиками ЭМД, в измерительных каналах СИЭП предлагается использовать цифровой интегратор, основанный на численном методе (квадратуре) Гаусса по пяти отсчетам.

С точки зрения теоретических аспектов, численный метод Гаусса может применяться только для расчета интеграла от функций заданных в аналитическом виде, поскольку в процессе вычислений используются одновременно два значения функции при аргументах (отсчетах времени) несовпадающих с шагом дискретизации. Расчетное соотношение (2.6) является вырожденной интерпретацией метода Гаусса для определения интеграла от функции заданной на элементарном участке [/,./, /,] в виде пята дискретных отсчетов (рис. 2.3).

{ +(, 1.-1. Л

^ 2^,4 2 273

(2.6)

Для вычисления значения интеграла методом Гаусса на элементарном шаге интегрирования используется значения функции: и /2, при этом интеграл охватывает пять значений функции отстоящих друг от друга на одинаковом расстоянии. Если предположить ситуацию при которой , = 1, = 5 и шаг дискретизации сигнала выбран равный (/. _,)/4 = 1, то согласно (2.6) используемые значения функции находятся при аргументах /(1.85) и /(4.1 б) как показано на рис. 2.3 [9]. В реальных условиях эти значения неизвестны, поскольку шаг дискретизации в

СИЭП является постоянным и в данном примере равен 1. Из рис. 2.3 видно, что значения функции при аргументах необходимых для вычисления и при известных аргументах отличаются незначительно.

В диссертации сделано предположение /(1.85)~/(2), /(4.1б) ~/(4) и сформулирована гипотеза о том, что метод Гаусса может применяться для интегрирования сигналов в реальном масштабе времени при равномерном шаге дискретизации и незаданной в аналитическом виде функции / (/) •

Данная гипотеза была подтверждена в результате проведения модельных исследований измерительного канала. [9].

При проведении модельных исследований на вход измерительного канала подавался тестовый сигнал представленный линейной суммой сигнала помехи и идеального синусоидального сигнала с датчика (рис. 2.4). Идеальный тестовый сигнал включал четыре гармонические составляющие из диапазона полезного сигнала [0:100] кГц.

Для моделирования внешних помех рассматривался нормальный закон распределения (распределение Гаусса) сигнала помехи (рис. 2.5).

1-У-'",)2

/(*) = —' е" (2.7)

ах -м'2-я"

где, х-носитель е(-оо:+оо), т - математическое ожидание носителя, о-2_дис-

f(l.H5) fP)

Тг

ш

Рис. 2.3. Численное интегрирование методом Гаусса по пяти отсчетам

Персия носителя.

Время, t, [с] х ш

Рис. 2.4 Форма тестового сигнала датчика ЭМД

-300 -200 -100 0 100 200

Лмшипуда cm мала помехи. Г, |Н]

Рис. 2.5 Плотность распределения вероятносте сигнала помехи

Расчет погрешности алгоритмов первичной обработки сигналов осуществлялся с учетом идеализированного представления потока магнитного поля и скорости его изменения {у}(0, рис. 2.4) по формуле для оценки приведенной погрешности (2.8). Приведенная погрешность рассчитывалась на каждом элементарном шаге интегрирования по пяти дискретным отсчетам сигнала через интервал 4-Ти где,

Т, - период дискретизации сигналов.

Эксперименты с одинаковыми начальными условиями и случайным характером помех проводились п=10 раз. После проведения 10 опытов рассчитывалась средняя квадратичная ошибка абсолютного отклонения на каждом элементарном шаге интегрирования и далее приведенная погрешность относительно максимального значения измеряемого параметра. Из ряда приведенных погрешностей находилось максимальное значение, получаемое за время работы измерительного канала (время эксперимента).

£[Пк-4-Т>1Дк-4-Т,)]2/(я-1)

-•100%

(2.8)

к - номер шага интегрирования, 1!и(к-4-Т^)- значение интеграла от идеального сигналау/(1) на к-ом шаге при /-ом опыте, 1Дк-4 Т„.) " значение интеграла от за-шумленного сигнала (рис. 2.1) на А-ом шаге при /-ом опыте, - максимальное значение интеграла от идеального сигналау^) [10].

Далее представлены результаты модельных исследований:

Г\

-I-I-

Врсми, I, |с) х К)

11а рис. 2.6 Форма сигнала после оцифровки и нормировки.

Время, 1,1с| х mJ

Рис. 2.7 Форма сигнала после цифровой частотной коррекции

Для выбора оптимального метода аналоговой фильтрации сигналов рассматривались фильтры с порядком 1, 2, 4 и 6, также была проведена оценка погрешно-

сти обработки сигнала без использования аналогового фильтра (отметка 0, рис. 2.8). Для задания уровня сигнала помехи использовалось соотношение сигнал/шум S/N=+l Дб. Т.е. при максимальной амплитуде полезного сигнала yi(t)= 50 В средний уровень сигнала помехи составлял 50 В.

Увеличение приведенной погрешности с ростом порядка фильтра и > 2 объясняется увеличением фазового сдвига, в результате этого вклад в результирующую погрешность от фазовой задержки превышает выигрыш в точности от ослабления амплитуды сигнала помехи.

Следующим этапом исследований проводился анализ зависимости погрешности преобразования сигналов от частоты дискретизации F(), последняя выбиралась равной 0.25, 0.5, 1, 2, 5 и 10 МГц. Результаты исследований представлены на рис. 2.9.

В качестве постоянных параметров в экспериментах, как и в предыдущем случае, использовалось соотношение S/N=l Дб. Порядок аналогового фильтра составлял п = 2 и при этом проводилась частотная коррекция сигналов.

Для обеспечения погрешности <1% частота дискретизации должна составлять 1 МГц. Увеличение FA не приводит к значительному увеличению точности измерений и поэтому не является целесообразным. Уменьшение Fä < 1 МГц приводит к резкому увеличению погрешности преобразования сигналов и, следовательно, к снижению объема достоверной информации.

Заключительным этапом модельных исследований измерительного канала являлась оценка влияния S/N и частотной коррекции на точность интегрирования сигналов. Результаты модельных исследований представлены на рис. 2.10.

Погрешность оценивалась для трех методов интегрирования одновременно, для случая использования элемента коррекции в ИК и без него [9].

Постоянными параметрами экспериментов являлись порядок аналогового фильтра п = 2и частота дискретизации сигналов Fr) = 1 МГц. Изменяемым пара-

Порядоканадотового ((ыльтра. п

Рис. 2.8. Зависимость погрешности от порядка АФНЧ

К 5

О- Мп'.д Гаусса —и— Могил Симмсоил ■■■■ Мси>а ipyticiinn

-4-

-4-1-

-4-

-4-

-4-

0 I 2 3 4 5 Г. 7 Я Ч 10 Частота д|Скретшащч^ 1ч1 [Гц]ч ш

Рис. 2.9. Зависимость погрешности преобразования сигналов от частоты дискретизации

метром в экспериментах являлось соотношение S/N, которое принимало значение -60,+1,+3,+5,+6, +7 и +8 Дб.

Результаты проведенных экспериментов показали (рис. 2.10, 2,11), алгоритм численного интегрирования Гаусса обеспечивает меньшую погрешность по сравнению с методами Симпсона и трапеции в случае зашумленных сигналов. Применение частотной коррекция увеличивает помехоустойчивость измерительного канала (уменьшение погрешности в среднем на 0.8 % при увеличении уровня сигнала помехи от -60 до +8 Дб).

Для реализации каналов связи СИЭП был разработан и предложен метод асинхронной передачи измерительной информации. Модельные исследования канала передачи данных (КПД) проводились с целью определения: оптимальной скорости передачи данных (R*); времени передачи данных с одного акта измерения (7j); внутренней частоты тактирования передатчика и приемника цифровых сигналов (F.lk);

минимальной пропускной способности элементов канала (С); проверки функциональности КПД.

Структура типового КПД СИЭП представленная на рис. 2.12. На рисунке также представлены результаты модельных исследований характеристик быстродействия элементов КПД. Цель экспериментов состояла в определении временных задержек / при прохождении цифровых сигналов через элементы канала [4].

В результате модельных исследований КПД СИЭП были определены следующие основные характеристики передатчика, приемника и линии связи:

1) оптимальная скорость передачи данных по линиям связи при частоте дискретизации сигналов Ft) = 1 МГц, разрядности АЦП log V0 / V* = 16 бит и количестве сообщений (кодов АЦП) передаваемых одним передатчиком к — 4 шт. составляет/? =120 Мбит/с

Соотношение uiгн:i.iAii)м на входе ИК, S/N

Рис. 2.10. Оценка точности методов интегрирования

Рис. 2.11. Диаграмма изменения электромагнитного параметра

Ч'М) Ч'М)

.К?',!).

< ПЛИС

2 I ...................

!

ВСД ¡=$! ВК

с!,(«,..,

14 Ш111С

* 1 БСД ГГ^ БК як-' |

■МЯ^Л."!)

15 | л.ля.л.«)

(5ПЛ11С

СЦз,,.,^ (

.....Вц) {

-сЦ .*,) II. 1 1

=300 нс (г=30 не «з=750 не =20 не 15=10 НС 1,,=30 не =450 не

Рис. 2. 12. Структурная схема канала передачи данных СИЭП

1- программируемая логическая интегральная схема; 2-блок сбора данных с АЦП; 3-блок кодирования; 4-блок передачи сигналов; 5- оптический передатчик; б - оптический приемник, 7-приемник сигналов; 8 - блок декодирования; 9-мультиплексор; 10 - буферная намять.

2) эффективным методом потенциального кодирования для представления сигналов в СИЭП является N112 код. Поскольку необходимая скорость передачи данных составляет 7? =120 Мбит/с, то частота тактирования сдвиговых регистров БПС и ПС должна составлять не менее = = 120 МГц;

3) период времени между стартом АЦ преобразования и записью данных в буферную память (общее время передачи данных с одного акта измерения) должен составлять 7] = 1.6 мкс.

4) так как необходимым условием работоспособности каналов передачи данных является их избыточность по пропускной способности, то для реализации КПД СИЭП с учетом 7?* = 120 Мбит/с необходимо и достаточно, чтобы его элементы обеспечивали С = 130 Мбит/с.

Глава 3. В данной главе представлены основные результаты разработки комплекса технических и программных средств СИЭП.

Система измерения электромагнитных параметров токамака КТМ состоит из двух уровней. Первый уровень включает 2 экранированных блока первичной обработки сигналов (БПОС). В каждый блок устанавливаются четырех канальные модули обработки сигналов (МПОС) в количестве 20 штук, которые выполняют функции аналоговой и цифровой обработки сигналов и их последующую передачу на верхний уровень системы по волоконно-оптическим линиям связи. В состав БПОС также входит один локальный модуль синхронизации (ЛМС). В течение разряда ЛМС передает импульсы синхронизации в модули обработки сигналов и тем самым обеспечивает синхронность аналого-цифрового преобразования сигналов с датчиков ЭМД во всех измерительных каналах [3,4, 8].

Рис. 3.1. Структура комплекса технических средств СИЭП

БПОС - блок первичной обработки сигналов; ЛМС - локальный модуль синхронизации; ВОЛС - воло-коино-онтическне линии связи; БРД - блок регистрации данных; СУП - система управления плазмой, ОЭП - оптоэлектрпческий преобразователь; МВЦС - модуль ввода цифровых сигналов.

Второй уровень измерительной системы представляет собой блок регистрации данных (БРД), в состав которого входят преобразователи интерфейсов -оптоэлектрические преобразователи, модули ввода цифровых сигналов в количестве 3 шт. и ЭВМ регистрации данных. Экспериментальные данные, поступающие в БРД в течение разряда плазмы, сохраняются в оперативной памяти ЭВМ [10, 11].

Глава 4. В IV главе изложены методы и результаты экспериментальных исследований и испытаний СИЭП. Проведен сравнительный анализ расчетных и фактических показателей качества измерительной системой. Приводятся результаты, показывающие степень эффективности разработанной СИЭП для выполнения функций измерения электромагнитных параметров на токамаке КТМ.

Схема стенда для проведения экспериментальных испытаний СИЭП показана рис. 4.1. Стенд магнитных измерений был предоставлен организацией разработчиком электромагнитной диагностики токамака КТМ НИИ электрофизической аппаратуры им Д.В. Ефремова г. Санкт-Петербург.

К измерительным каналам СИЭП поочередно подключался датчик формы магнитной поверхности (ДФМП). Полученные результаты для каждого измерительного канала СИЭП сравнивались с результатами измерений, полученными с помощью образцового измерительного канала. Оценка погрешности осуществля-

' |<",а млптшыч ичмурттт (НИИ >ФЛ км, Д.В. I- фрспмши. г. '^н.'; 11г!)

Рис. 4.1. Структурная схема стенда испытаний СИЭП лась по формуле (2.8). При проведении экспериментов изменяемым параметром являлась частота синусоидального тока / е [0.3:10] кГц в соленоиде. Эксперименты проводились для тангенциальной и нормальной составляющей двухкомпо-нентного зонда и эталонного индукционного датчика с полосой пропускания до 1 МГц.

Результаты испытаний представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Результаты экспериментальных испытаний СИЭП на стенде магнитных измерений.___

Частота сину- Эталонный индукци- Нормальная состав- Тангенциальная со-

соидального тока онный датчик, ляющая ДФМП, ставляющая ДФМП,

соленоида, кГц УпОИВ* Упшв* Тпиивч '''

0,3 0,02 0,1 0,2

0,5 0,05 0,1 0,2

1 0,09 0,2 0,3

2 0,1 0,2 0,3

5 0,2 0,3 0,4

10 0,3 0,3 0,4

Рис. 4.2. Нормальная составляющая ДФМП (/= 5кГц)

В результате испытаний СИЭГГ были подтверждены технические характеристики измерительной системы в частности: приведенная погрешность измерения потока магнитного поля во у,фпв составила менее 1%, максимальная длительность эксперимента с сохранением данных, получаемых за время разряда плазмы, в полном объеме составило 10 с, объем данных сохраняемых за время эксперимента с учетом функционирования 160 измерительных каналов составил 3.125 Гбайт, время передачи всего объема экспериментальных данных после завершения измерений во внешний сервер составило 135с [7].

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Применение метода цифровой частотной коррекции для обработки сигналов с датчиков индукционного типа позволяет повысить точность измерений в среднем на 0.8 % и унифицировать схемотехнические решения для построения измерительных каналов СИЭП. Для обеспечения погрешности измерений < 1 % в условиях помех 5 / N е [-60 :8] Дб, частота дискретизации сигналов должна превышать частоту максимальной гармоники полезного сигнала в 10 раз.

2. Метод численного интегрирования Гаусса по 5 обеспечивает большую точность по сравнению с методами трапеции и Симпсона в условиях внешних помех 5 / N е [-60 : +8] Дб при равномерном шаге дискретизации сигналов с датчиков электромагнитной диагностики. Другим преимуществом метода Гаусса по сравнению с методами трапеции и Симпсона является его быстродействие, которое определяется количеством операций сложения и умножения для вычисления значения интеграла на элементарном участке из пяти дискретных отсчетов.

3. Применение иерархической структуры с разветвленными связями для построения СИЭП токамака КТМ позволяет одновременно решать задачи управления параметрами плазмы в реальном масштабе времени и сохранять данные в необработанном виде. Допустимое время измерения параметров магнитного поля по 160 измерительным каналам с частотой дискретизации сигналов 1 МГц составляет 10 с. Объем данных, накапливаемых за время эксперимента, составляет 3.125 Гбайт.

4. Ресурсные испытания СИЭП с периодической проверкой работоспособности показали ее высокую надежность. При проведении испытаний в течение 72 часов сбоев в программном обеспечении и неисправностей в оборудовании зафиксировано не было. Экспериментальные испытания СИЭП проводились в автоматическом режиме, между запусками измерений выдерживалась 20 минутная пауза (штатный режим функционирования КТМ).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Драпико Е.А., Павлов В.М., Обходский A.B., Байструков К.И., Шарнин A.B., Кудрявцев В.А., Герасименко Е.А, Федотов Е.В., Михалев C.B. Разработка специальных алгоритмов реконструкции физических полей для термоядерной установки - ТОКАМАКА КТМ // Известия вузов Физика. - 2004. - Т.47. - № И. -С.168-172.

2. Драпико Е.А., Байструков К.И., Обходский A.B., Павлов В.М., Шарнин A.B. Развитие техники измерений электромагнитных параметров в ТОКАМАКЕ КТМ // Экспериментальные возможности токамака КТМ и программа исследований: труды Международного научно-практ. семинара,- Астана-Курчатов. - 2005. -С.102-105.

3. Обходский A.B., Байструков К.И., Меркулов C.B. Система измерения электромагнитных параметров для электрофизической установки типа ТОКАМАК //Современные техника и технологии: труды XII Международной научно-практ. конф. молодых ученых - Томск: ТПУ, 2006 - т. 2. - С.98-100.

4. Обходский A.B., Байструков К.И., Меркулов C.B. Реализация каналов цифровой связи для системы электромагнитной диагностики (СЭМД) ТОКАМАКА КТМ //Современные техника и технологии: труды XIII Международной научно-практ. конф. молодых ученых - Томск: ТПУ, 2007 - т. 2. - С. 404-406.

5. Baystrukov K.I., Pavlov V.M., Sharnin A.V., Obkhodskii A.V., Merkulov S.V., Golobokov Y.N., Mezentsev A.A., Ovchinnikov A.V., Control And Data Acquisition System Of Tokamak KTM // Plasma and Fusion science: AIP Conference proceedings. - Лиссабон, Португалия, 2007. Vol. 996. - P. 297-306.

6. Павлов В.M., Байструков К.И., Обходский A.B., Голобоков Ю.Н., Драпико Е.А., Алейник А.Н., Разработка проектных решений по созданию системы управления плазмой термоядерной установки токамак КТМ // Отчет о НИР. 2005. Регистрация в ВНТИЦ. - Рег.№ 01200501724. Инв.№ 0220.0.704957.

7. Обходский A.B., Байструков К.И., Павлов В.М., Меркулов C.B., Голобоков Ю.Н. Система измерения электромагнитных параметров для электрофизической установки токамак КТМ // Приборы и техника эксперимента. - 2008. - №6. -С. 23-28.

8. Обходский A.B., Меркулов C.B., Байструков К.И. Применение метода динамической коррекции информационных сигналов с датчиков электромагнитной диагностики для повышения качества управления параметрами плазмы на физических установках типа ТОКАМАК // Современная техника и технологии: труды XV Международной научно-практ. конф. молодых ученых - Томск: ТПУ, 2009. - Т.2. -С.264-266.

9. Трубачев А.А., Обходский А.В. Разработка и реализация на программном языке Си алгоритма цифрового интегрирования сигналов с датчиков электромагнитной диагностики установки токамак КТМ // Современная техника и технологии: труды XV Международной научно-практ. конф. молодых ученых. - Томск. 2009.-Т. 2. - С.303-304.

10. Система управления плазмой: Учебное пособие / В.М. Павлов, А.В. Обходский, Ю.Н. Голобоков, А. В. Овчинников. - М.: Изд. ТПУ, 2008 - 160 с.

11. Obkliodskii А.V., Pavlov V.M., Baystrukov K.I., Golobokov Y.N., Merkulov S.V. Data acquisition system for KTM magnetic diagnostic // 19th IAEA Technical Meeting on "Research using Small Fusion Devices: conference proceedings. Kurchatov, Kazakhstan. 2009. -P. 37.

Подписано к печати 08.11.2010. Формат 60x84/16. Бумага «Классика». Печать XEROX. Усл.печ.л. 1,22. Уч.-изд.л. 1,10. Заказ 1863-10. Тираж 70 экз.

ЙЗЛАТЕДЬСТВО^ТПУ, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.

Список принятых сокращений.

Введение.

ГЛАВА ¡.РАЗРАБОТКА ОБОБЩЕННОЙ СТРУКТУРЫ ИС.

1.1 Назначение и функции СИЭП токамака КТМ.

1.2 Разработка обобщенного критерия качества ИС.

1.3 Исследование динамических характеристик датчиков ЭМД.

1.4 Требования к формату внешнего взаимодействия СИЭП.

1.5 Анализ существующих методов построения СИЭП.

1.6 Синтез обобщенной структуры СИЭП.

1.7 Выводы.

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ПАРАМЕТРОВ ТОКАМАКА КТМ.

2.1 Методы исследования комплексных ИС.

2.2 Цели и задачи проектирования ИС.

2.3 Синтез измерительного канала СИЭП.

2.3.1 Выбор оптимального аналогового фильтра.

2.3.2 Разработка алгоритма частотной коррекции сигналов.

2.3.3 Анализ методов цифрового интегрирования.

2.4 Синтез канала передачи данных.

2.5 Модельные исследования СИЭП.

2.5.1 Исследование точности алгоритма первичной обработки сигналов.

2.5.2 Исследование характеристик канала передачи данных.

2.6 Выводы.

ГЛАВА 3. ПРОГРАММНО-АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИЭП.

3.1 Разработка аппаратной части СИЭП.

3.1.1 Блок первичной обработки сигналов.

3.1.2 Блок регистрации данных.

3.2 Разработка программного обеспечения.

3.3 Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ

ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА СИЭП.

4.1 Цель и задачи экспериментальных исследований.

4.2 Программа экспериментальных исследований СИЭП.

4.3 Результаты испытаний СИЭП.

4.4 Выводы.

Экспериментальные исследования, проводимые на физических установках типа токамак, нацелены на изучение способов создания и механизмов длительного, стабильного поддержания реакции термоядерного синтеза. Как и во многих других областях научных исследований, качество экспериментов проводимых на установках данного типа, во многом зависит от эффективности измерительных систем (ИС), участвующих в процессе управления параметрами исследуемого объекта и обеспечивающих сохранение экспериментальной информации.

При создании измерительных систем токамака особое внимание уделяется системе измерения электромагнитных параметров (СИЭП). Информация, поступающая от СИЭП, используется одновременно для управления формой, положением, током, энергосодержанием и другими параметрами плазмы в реальном масштабе времени.

Токамаки являются уникальными установками, поскольку предназначены для решения определенного круга исследовательских задач. Эксперименты, проводимые на токамаках, могут отличаться достигаемыми предельными параметрами плазмы, характеристиками магнитного поля для удержания плазмы, режимами управления параметрами плазмы, характеристиками измерительных систем и т.д. Данные особенности приводят к трудностям проектирования и реализации эффективной СИЭП, как единого универсального решения для установок типа токамак.

Актуальность вопросов, рассматриваемых в диссертации, обусловлена необходимостью разработки нового принципа построения СИЭП, обеспечивающего оптимальные технико-экономические показатели качества измерительной системы и эффективность управления параметрами плазмы на модернизируемых, а также на вновь создаваемых физических установках, на "Казахстанском материаловедческом токамаке - КТМ" в частности.

Трудности построения* систем измерения - электромагнитных параметров обусловлены применением большого количества (160 - 300 шт.) первичных измерительных преобразователей с отличающимися характеристиками выходных сигналов. Измерения проводятся в условиях сильного быстропере-менного магнитного поля, которое оказывает существенное влияние на точность результатов измерений. Следует также отметить, что в течение разряда плазмы в СИЭП формируется интенсивный поток информации, который необходимо сохранять в полном объеме (без потерь) в собственной памяти измерительной системы и одновременно с этим передавать в обработанном виде во внешние контуры управления параметрами плазмы.

За последние 5 лет был достигнут существенный прогресс в области производства компонентов аналоговой и цифровой электроники. Наряду с цифровой элементной базой, обеспечивающей высокие скоростные характеристики, начали выпускаться компоненты аналоговой обработки сигналов с настраиваемыми параметрами. Устройства на базе высокопроизводительных процессоров цифровой обработки сигналов (процессоров ЦОС) и программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) позволят реализовать и применить в составе СИЭП ресурсоемкие алгоритмы сбора, передачи и обработки измерительной информации, превосходящие по своим качественным показателям существующие. Так, например, при совместном использовании процессора ЦОС и ПЛИС в устройствах первичной обработки сигналов, кроме цифровой обработки сигналов, на нижнем уровне системы можно осуществлять настройку характеристик каждого отдельного аналогового измерительного тракта и, таким образом, учитывать индивидуальные характеристики первичных преобразователей (датчиков).

Применение современных методов исследования на основе имитационного моделирования позволяет на этапе проектирования измерительной системы, проводить испытания ее функциональных алгоритмов и уточнять требования к составу и характеристикам элементов измерительных каналов.

Из известных способов дистанционной передачи информационных сообщений в условиях сильных электромагнитных помех, волоконно-оптические линии связи, несомненно, обладают большими преимуществами по сравнению с проводными линиями. Применение волоконно-оптических линий связи совместно с алгоритмами помехоустойчивого кодирования цифровых сигналов позволит получить существенный выигрыш в повышении помехоустойчивости системы и при этом обеспечить необходимый уровень быстродействия каналов передачи данных.

Перспективы применения вышеперечисленных методов повышения эффективности комплексных измерительных систем, также подчеркивают актуальность задач решаемых в диссертации.

Цель настоящей диссертации состоит в разработке системы измерения сигналов с датчиков электромагнитной диагностики токамака КТМ, обеспечивающей одновременно достоверность измерительной информации в условиях сильных электромагнитных помех, сохранение результатов измерений в течение разряда плазмы и выполняющей функций передачи данных смежным системам для управления параметрами плазмы в реальном масштабе времени.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Исследование принципов построения СИЭП применяемых на действующих установок типа токамак. Анализ обобщенных структур для построения измерительных систем, методов реализации аппаратуры, алгоритмов обработки и передачи измерительной информации.

2. Анализ и выбор методов исследования распределенных измерительных систем. Определение этапов исследования и проектирования СИЭП токамака КТМ.

3. Синтез обобщенной структуры СИЭП, обеспечивающей оптимальные технико-экономические показатели качества системы.

4. Разработка имитационной модели СИЭП для определения состава и характеристик элементов измерительных каналов и каналов передачи данных, а также для исследования общих функциональных алгоритмов системы.

5. Разработка алгоритмов сбора, первичной обработки, передачи и регистрации измерительной информации, обеспечивающих функционирование системы в реальном масштабе времени.

6. Разработка алгоритма настройки, тестирования и диагностирования исправности программно-аппаратных средств СИЭП.

7. Разработка аппаратных средств и специального программного обеспечения для реализации СИЭП с заданными характеристиками точности измерений и быстродействия.

8. Проведение комплексных экспериментальных испытаний СИЭП и анализ ее эффективности.

9. Сравнительный анализ результатов модельных и экспериментальных (натурных) исследований СИЭП.

Для решения теоретических и практических задач в работе использовались методы системного анализа, теории информации, теории систем, методы аналоговой и цифровой обработки сигналов, методы теории автоматического управления, теории электрических цепей и измерений, а также методы имитационного моделирования. Имитационная модель измерительной системы была реализована с помощью программных пакетов МАТЬАВ 7 и 18Е 6.2. Программное обеспечение реализовано на алгоритмических языках С и УНЕ>Ь.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

1. Впервые для построения СИЭП токамака использована иерархическая структура с разветвленными связями, реализуемая с помощью радиальных волоконно-оптических линий связи и обеспечивающая разделение информационных сигналов в цифровом виде во вторичных преобразователях с целью их одновременной передачи нескольким внешним адресатам.

2. Разработана имитационная модель распределенной измерительной системы для апробации алгоритмов первичной обработки сигналов и передачи измерительной информации, с помощью которой были определены оптимальные функции и характеристики технических и программных средств системы.

3. Адаптирован к условиям реального времени алгоритм цифровой частотной коррекции, используемый для расширения полосы пропускания датчиков индукционного типа с отличающимися электрическими параметрами;

4. Модифицирован алгоритм численного интегрирования методом Гаусса по 5 отсчетам для случая применения на установках токамак, при наличии внешних помех и условии равномерного шага дискретизации сигналов.

5. Разработан новый метод асинхронной передачи измерительной информации, позволяющий передавать кодовые последовательности неограниченной длины с минимальной информационной избыточностью без потери синхронизации.

Основными научными положениями, представляемыми к защите, являются:

1. Структура СИЭП, обеспечивающая высокую скорость передачи измерительной информации одновременно нескольким внешним системам в реальном масштабе времени и сохранение данных без потерь при длительности разрядов плазмы более 5 с.

2. Алгоритм цифровой частотной коррекции сигналов с датчиков ЭМД, позволяющий измерять быстроменяющиеся параметры магнитного поля с высокой точностью.

3. Результаты исследования эффективности численных методов интегрирования для решения задач восстановления параметров магнитного поля измеряемых с помощью индукционных первичных преобразователей.

4. Аппаратная реализация каналов передачи данных на базе ПЛИС и методы передачи измерительной информации, обеспечивающие минимальную временную задержку передачи данных и гибкость разделения информационных потоков.

5. Программная реализация алгоритмов сбора, обработки и передачи измерительной информации, обеспечивающих функционирование распределенной измерительной системы в реальном масштабе времени.

Практическая ценность диссертации состоит в том, что разработанные прикладные программы, устройства преобразования и обработки сигналов, а также модель измерительной системы могут применяться при исследовании и синтезе-распределенных информационно-измерительных комплексов, к которым предъявляются жесткие требования к быстродействию выполняемых функций, ресурсоемкости алгоритмов математической обработки сигналов и помехозащищенности линий связи.

В ходе решения задач диссертации был разработан и реализован на языке программирования VHDL алгоритм дистанционной асинхронной передачи последовательного цифрового кода, обеспечивающий выделение и автоматическую подстройку частоты синхронизации из передаваемого сообщения.

Совместно со специалистами НИИ электрофизической аппаратуры им. Ефремова (г. Санкт-Петербург) разработана методика экспериментальных испытаний аппаратурных комплексов предназначенных для измерения электромагнитных параметров на физических установках типа токамак. С помощью данной методики были определены фактические технические характеристики разработанной СИЭП.

Результаты проведенных исследований были реализованы на практике и применены при разработке многоканальной системы измерения электромагнитных параметров, внедренной в составе системы автоматизации экспериментов (САЭ) физической установки токамак КТМ. Данная система осуществляет измерение сигналов с датчиков электромагнитной диагностики и их передачу во внешние системы для управления формой, положением и током плазмы в реальном масштабе времени. Акт о внедрении измерительной системы представлен в приложении.

На кафедре электроники и автоматики физических установок НИ ТЕГУ, в учебный процесс внедрен лабораторный стенд «Система многоканальной диагностики быстропротекающих процессов» для подготовки магистрантов по специальности «Автоматизация научных исследований, испытаний и эксперимента».

Основные результаты диссертационных исследований представлялись и обсуждались на: Международном семинаре «Экспериментальные возможности токамака КТМ и программа исследований» (г. Астана, 2005 г.), Международных научно-практических конференциях «17th, 18th, 19th IAEA Technical

Meeting on Research Using Small Fusion Devises» (г. Лиссабон, Португалия, 2007 г., г. Алушта, Украина, 2008 г., г. Курчатов, Республика Казахстан, 2009г.), XII, XIII, XIV и XV Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2006 - 2009 г.г.), Международных совещаниях рабочих групп по созданию термоядерной установки токамак КТМ (г. Семипалатинск, 2005 г., г. Курчатов, 2008 г.), Международном научно-техническом семинаре «Automated control systems of tokamak plants» (г. Фраскати, Италия, 2008 г.), а также на научных семинарах кафедры «Электроники и автоматики физических установок» Томского политехнического университета (г. Томск, 2005-2009 гг.).

По теме диссертации опубликованы 24 печатные работы, в том числе: 2 статьи, 17 тезисов докладов в трудах научно-практических международных конференций, 4 научно-технических отчета с регистрацией в ВНТИЦ и 1 учебное пособие.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 160 страниц, включая 53 рисунка, 10 таблиц, список литературы из 156 наименований и 2 приложения.

4.4 Выводы

Данная глава была посвящена экспериментальным испытаниям опытного образца СИЭП. По итогам проведения испытаний были получены следующие результаты:

1. Система обеспечивает измерение сигналов с датчиков электромагнитной диагностики и восстановление параметров магнитного поля с требуемым качеством. Максимальная приведенная погрешность измерения потока магнитного поля составляет 0.4 %.

2. Пропускная способность каналов передачи данных подтверждена экспериментально и составила 120 Мбит/с. Время передачи результатов однократных измерений Ф и йФШ составляет 1.7 мкс, что удовлетворяет требованиям к выполнению циклов управления параметрами плазмы в реальном масштабе времени.

3. Исследования СИЭП направленные на определение максимального времени работы системы показали, допустимое время измерения параметров магнитного поля по 160 измерительным каналам с частотой дискретизации сигналов 1 МГц составляет 10 с. Объем экспериментальных данных накапливаемых за это время составляет 3.2 Гбайт.

4. Ресурсные испытания СИЭП с периодической проверкой ее работоспособности показали высокую надежность. В период проведения ресурсных испытаний сбоев в программном обеспечении и неисправностей в оборудовании СИЭП зафиксировано не было. Экспериментальные пуски СИЭП проводились с периодом 20 мин в штатном режиме функционирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данная работа посвящена разработке измерительной системы - исследованию и проектированию системы измерения электромагнитных параметров, от эффективности и надежности которой во многом зависит качество

5 экспериментов проводимых на физических установках типа токамак.

Цели, сформулированные в рамках диссертации, носили разносторонний характер, так как в процессе исследования и проектирования СИЭП тока-мака КТМ решались задачи разработки обобщенной структуры комплексной ИС, моделирования алгоритмов обработки и передачи информационных сигналов, конструкторской разработки аппаратной части, разработки программного обеспечения и экспериментальных исследований характеристик системы.

На начальной стадии проектирования удалось разработать и экспериментально проверить разработанные алгоритмы первичной обработки сигналов и провести оценку характеристик каналов передачи данных. Выбор и разработка технических средств с оптимальными показателями качества, разработка и применение высокоточных алгоритмов обработки сигналов и оперативных каналов передачи данных позволили реализовать надежную и эффективную систему измерения электромагнитных параметров токамака КТМ.

Глава 1 посвящена анализу требований предъявляемых к СИЭП и синтезу оптимальной обобщенной структуры измерительной системы.

На начальном этапе исследований СИЭП проводился анализ исходных данных, включающий: изучение режимов работы установки КТМ, анализ требований к функциям измерительной системы, техническим характеристикам и оптимальным показателям качества, анализ преимуществ и недостатков существующих решений для построения СИЭП.

Применение методов имитационного моделирования позволило провести ряд модельных исследований динамических характеристик датчиков электромагнитной диагностики и на основе полученных результатов сформулировать требования к алгоритмам обработки сигналов.

Для обеспечения точности измерений магнитного потока с погрешностью < 2 %, в диссертации предложено осуществлять частотную коррекцию сигналов с датчиков электромагнитной диагностики в диапазоне частот 0-100 кГц и цифровое интегрирование сигналов в реальном масштабе времени.

В 1 главе диссертации была синтезирована обобщенная структура и обобщенный алгоритм функционирования измерительной системы. Впервые для реализации СИЭП предложено использовать иерархическую структуру с перекрестными радиальными каналами передачи данных между первым и вторым уровнем системы. Также предложено выполнять цифровую обработку сигналов на нижнем уровне ИС. Преимуществами данного решения являются: гибкость разделения информационных потоков при их передаче во внешние системы, высокая скорость передачи данных одновременно нескольким внешним адресатам, полная функциональная замкнутость системы, высокая точность измерения сигналов для управления параметрами плазмы в реальном масштабе.

Для оценки эффективности структуры СИЭП был разработан обобщенный показатель качества комплексных измерительных систем, который позволил из ряда возможным методов построения системы на начальном этапе проектирования определить наиболее эффективное решение.

Во 2 главе рассмотрены основы методологии проектирования измерительных систем, приведено описание последовательности проектирования измерительного канала и канала передачи данных, представлены результаты разработки имитационной модели СИЭП и модельных исследований.

Для обеспечения требуемой точности измерений в модулях первичной обработки предлагается проводить совместно аналоговую и цифровую обработку сигналов. При этом аналоговая обработка подразумевает нормирование сигналов на входной диапазон АЦП и его предварительную фильтрацию.

Схема цифровой обработки обеспечивает восстановление измеряемого параметра путем обратной нормировки, коррекцию частотных характеристик датчиков .ЭМД. и интегрирование сигналов. Выбор преимущественно цифровых методов обработки сигналов был сделан ввиду их универсальности и возможности применения в комплекте с датчиками ЭМД с отличающимися электрическими характеристиками.

Из ряда методов первичной обработки сигналов были отобраны наиболее эффективные обеспечивающие в совокупности точность измерения с погрешностью < 1 %, помехоустойчивость и быстродействие измерительных каналов СИЭП. В частности для реализации алгоритма аналоговой фильтрации был выбран фильтр Баттеворта 2 порядка с частотой среза /с = 480 кГц обеспечивающий линейность АЧХ в диапазоне 0-100 кГц.

Для обеспечения требуемой точности измерений был разработан цифровой алгоритм частотной коррекции сигналов с датчиков ЭМД, который позволяет уменьшить погрешность измерений в среднем на 0.8 % при изменении соотношения 8/М=[-60:+8] дБ. Результаты модельных и экспериментальных исследований показали - применение алгоритма цифровой частотной коррекции позволяет увеличить границы внешних условий применения СИЭП до значения соотношения 8/Ы=+8 дБ и обеспечить точность измерений сигналов с датчиков < 1%

Для реализации алгоритма численного интегрирования сигналов с датчиков ЭМД проводилась оценка трех методов: трапеции, Симпсона и Гаусса. При этом метод Гаусса был адаптирован для реальных условий преобразования сигнала - отсутствия аналитического описания функции и равномерного шага дискретизации.

Исследования показали, в случае зашумленных сигналов с датчиков ЭМД, метод Гаусса по 5 отсчетам обладает большей точностью по сравнению с методами трапеции и Симпсона за счет более гладкой аппроксимации табличной функции на элементарном участке интегрирования. Выбор метода Гаусса также обоснован с точки зрения быстродействия расчетов.

Одним из ключевых этапов модельных исследований СИЭП являлось определение оптимальной-частоты дискретизации сигналов . В результате, экспериментальным путем определили, максимальная точность измерений достигается при условии ^ = 1 МГц. Увеличение частоты дискретизации сверх указанной не приводит к увеличению точности измерений в условиях помех.

Целью модельных исследований канала передачи данных являлось определение его оптимальных параметров быстродействия с учетом разработанной топологии обобщенной структуры СИЭП и выбранной скорости формирования данных в модулях первичной обработки сигналов.

В качестве основных элементов канала передачи данных рассматривались передатчик и приемник данных, линия связи и метод представления (формат) данных.

Воздействие внешних помех на линию связи при моделировании канала не рассматривалось поскольку данный эффект был исключен за счет применения пластикового оптоволокна.

Основными рассматриваемыми параметрами канала передачи данных являлись скорость передачи данных Я*, внутренняя частота тактирования схем передатчика и приемника Р,\1к, минимальная необходимая пропускная способность элементов линии связи С и длина передаваемого пакета с данными.

По результатам модельных исследований КПД можно сделать следующие выводы:

4. наиболее оптимальным методом потенциального кодирования данных для случая применения в СИЭП является N1^ код, так как он позволяет передавать данные по волоконно-оптическим линиям с частотой несущего сигнала в 2 раза меньшей скорости передачи.

5. оптимальным методом логического кодирования является метод 4В/5В, так как обеспечивающий сравнительно малую избыточность 25 % и обладает свойством собственной синхронизации.

6. оптимальная скорость передачи экспериментальных данных формируемых с частотой ^ = 1 МГц и передаваемых в виде последовательных па V кетов с разрядностью Ь-90 бит, составляет Я* = 120 Мбит/с, при этом для надежного функционирования КПД элементы в его составе должны обеспечивать пропускную способность С = 130 Мбит/с и внутреннюю частоту тактирования Рс1к =130 МГц. Таким образом, была завершена разработка измерительного канала и канала передачи данных, определены основные параметры и характеристики системы СИЭП в целом.

Глава 3 была посвящена вопросам структурно-функционального проектирования опытного образца СИЭП.

Особое внимание в данной главе уделялось вопросам выбора программно-технических средств из числа стандартных и разработки уникальных новых устройств и программного обеспечения для построения СИЭП.

В ней также приведено обоснование выбора технических средств, приведены краткие технические характеристики оборудования, применяемого для реализации СИЭП, представлены результаты опытно-конструкторской разработки нестандартных элементов системы.

Одним из важных элементов СИЭП является модуль первичной обработки сигналов используемый на нижнем уровне системы, динамические параметры которого оказывают влияние на основные показатели эффективности измерительной системы. Поскольку современными производителями не выпускаются модули, которые могли бы удовлетворять требованиям к функциям МПОС, то его разработка была выполнена полностью от теоретического расчета до практической реализации.

В главе кратко представлено описание процесса проектирования модуля первичной обработки сигналов и основные достижения его практической реализации. Определение структуры модуля и выбор элементной базы выполнялся по результатам, полученным на этапе моделирования измерительного канала и канала передачи данных.

Так как модули первичной обработки* передают данные на верхний,уро

1 вень в. форме оптических сигналов, то при реализации СИЭП возникла необу ходимость разработки нового устройства, которое позволяет преобразовывать оптические сигналы в электрические с необходимой пропускной способностью.

В результате был разработан и реализован оптоэлектический преобразователь, обеспечивающий максимальную пропускную способность С — 130 Мбит/с и формат выходного электрического сигнала стандарта LVDS необходимый для передачи цифровых кодов в модули цифрового ввода.

Кроме обеспечения требуемых характеристик быстродействия ОЭП реализует функции выделения сигнала синхронизации из передаваемого последовательного кода, т.е. преобразование асинхронного метода передачи данных в синхронный. Это позволило значительно упростить алгоритм приема данных в модулях цифрового ввода и минимизировать логические ресурсы ПЛИС для реализации приемников.

Для реализации блока регистрации данных были использованы стандартные технические средства, выпускаемые современными производителями. В 3 главе диссертации представлено обоснование выбора технических средств для реализации блока, его технические характеристики, а также приводится описание его функции.

В настоящей главе также были рассмотрены вопросы проектирования и реализации программного обеспечения. Для функционирования программы настройки измерительных каналов и программы сбора данных была выбрана операционная система Linux RT применяемая для решения задач реального времени. Преимуществом ее применения является возможность назначения приоритетов для выборочного процесса. В результате назначения наивысшего приоритета для выполнения программы сбора данных в течение разряда плазмы, была достигнута необходимая скорость регистрации информации в блоке сбора данных.

В результате проведенной работы была завершена разработка опытного образца СИЭП токамака КТМ в соответствии с заданными техническими требованиями.

Глава 4 посвящена экспериментальным испытаниям опытного образца СИЭП. По итогам проведения испытаний были получены следующие результаты:

1. Система обеспечивает измерение сигналов с датчиков электромагнитной диагностики и восстановление параметров магнитного поля с требуемым качеством. Максимальная приведенная погрешность измерения потока магнитного поля составляет 0.4 %.

2. Пропускная способность каналов передачи данных была подтверждена экспериментально и составила 120 Мбит/с. Время передачи результатов однократных измерений Ф и с1Ф/Ж составляет 1.7 мкс, что удовлетворяет требованиям к выполнению циклов управления параметрами плазмы в реальном масштабе времени.

3. Исследования СИЭП направленные на определение максимального времени работы системы показали, допустимое время измерения параметров магнитного поля по 160 измерительным каналам с частотой дискретизации сигналов 1 МГц составляет 10 с. Объем экспериментальных данных накапливаемых за это время составляет 3.2 Гбайт.

4. Ресурсные испытания СИЭП с периодической проверкой ее работоспособности показали высокую надежность. В период проведения ресурсных испытаний сбоев в программном обеспечении и неисправностей в оборудовании СИЭП зафиксировано не было. Экспериментальные пуски СИЭП проводились с периодом 20 мин в штатном режиме функционирования.

Результатом представленной разработки является опытный образец СИЭП токамака КТМ полностью удовлетворяющий заданным требованиям.

Автор выражает благодарность: научному руководителю доценту кафедры ЭАФУ, ФТИ, ТПУ Павлову В.М. за помощь в координации научных исследований и подготовке диссертации, коллективу лабораторий №325 и №129 кафедры ЭАФУ, ФТИ, ТПУ Байструкову К.И., Меркулову C.B. и Голо-бокову Ю.Н. за помощь в разработке и практической реализации системы измерения электромагнитных параметров установки КТМ, сотрудникам НТЦ «СИНТЕЗ» ФГУП НИИЭФА им. Д.В. Ефремова Бендеру С.Е., Кавину A.A. и Каменщикову С.Н. за помощь в проведении экспериментальных испытаний СИЭП, сотрудникам ДТП «Института атомной энергии» РГП НЯЦ PK за оказание помощи в работах по вводу измерительной системы в эксплуатацию на токамаке КТМ.

1. Е.А. Azizov, V.N. Dokouka, N.Ya. Dvorkin and others, Kazakhstan to-kamak for material testing // Plasma Devices and Operations, 2003, vol.11, №.1, P. 39-56.

2. Азизов Э.А., Велихов Е.П., Тажибаева И.Л. и другие, Казахстанский материаловедческий токамак КТМ и вопросы управляемого термоядерного синтеза. Алматы, 2006. - 236 с.

3. John Wesson, D.J. Campbell, J.W. Connor, R.D. and others, TOKAMAKS, Third Edition. Clarendon press, Oxford, 2004. - 750 c.

4. Подгорный И.М., Лекции по диагностике плазмы. М.: Атомиздат, 1968.-220 с.

5. Кузнецов Э.И., Щеглов Д.А., Методы диагностики высокотемпературной плазмы. -М.: Атомиздат, 1980. 200 с.

6. Обходский A.B., Байструков К.И., Меркулов C.B. Система измерения электромагнитных параметров для электрофизической установки типа ТОКАМАК // Сборник трудов. Современная техника и технологии. СТТ-2006. Томск. 2006. —Т.2.- С. 98-100.

7. Раннев Г.Г., Тарасенко А.П., Методы и средства измерений / Учебник для вузов 2-ое изд., стереотип. - М.: Издательский центр «Академия», 2004: - 336 с.

8. Харт X., Введение в измерительную технику: Пер. с нем. М.: Мир, 1999.-391 с.

9. Авдеев Б.Я., Антонюк Е.М., Душин Е.М. и др, Основы метрологии и электрические измерения / Учебник для вузов. 6-ое изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1987. - 480 с.

10. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф., Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. 2-ое изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1991.-336 с.

11. Краус М., Вошни Э, перевод с немецкого Чалов Е.А., Язовцев В.И., Измерительные информационные системы -М.: «МИР», 1975.-301 с.

12. Соколов М. П., Автоматические измерительные устройства в экспериментальной физике. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Атомиздат, 1978. — 352 с.

13. Бахтиаров Г.Д., Малинин В.В., Школин В.П., Аналого-цифровые преобразователи. -М.: Советское радио, 1980. 280 с.

14. С. В. Назаров, А. Г. Барсуков. Измерительные средства и оптимизация вычислительных систем М.: Радио и связь, 1990. — 248 с.

15. Цапенко М. П. Измерительные информационные системы. Принципы построения: учебное пособие. — М.: Энергия, 1974. — 319 с.

16. Бейтман Г., МГД неустойчивости/Пер. с англ. Под редакцией Шаф-ранова В.Д. М.: Энергоиздат, 1982. - 200 с.

17. Гиг, Джон ван. Прикладная общая теория систем: пер. с англ. — М.: Мир, 1981. -336 с.

18. Волкова В. Н., Денисов А. А., Теория систем: учебное пособие.- М.: Высшая школа, 2006. 511 с.

19. Советов Б. Я., Яковлев С. А., Моделирование систем: учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2001. — 343 с.

20. Кузин Ф.А., Кандидатская диссертация. Методика написания, правила оформления и порядок защиты: практическое пособие для аспирантов и соискателей ученой степени. 5-е изд. —М.: Ось-89, 2001. — 304 с.

21. Назаров С. В., Барсуков А. Г, Измерительные средства и оптимизация вычислительных систем. М.: Радио и связь, 1990. — 248 с.

22. Абрамзон Г. В., Обоишев Ю. П., Индукционные измерительные преобразователи переменных магнитных полей Л.: Энергоатомиздат, 1984. — 120 с.

23. Хаддлстоун Р. Леонарда С., Диагностика плазмы, пер. с англ. Доброхотова Е. И., Ковальского Н. Г., Муховатова В. С. М.: Мир, 1967. — 515 с.

24. Шихин А. Я., Автоматические магнитно-измерительные системы, -М.: Энергия, 1977. — 136 с.

25. Bishop М. Christopher, Haynes S. Paul and others Real-time control of a tokamak plasma using neural networks // Neural Computation 7, 1995 No. 1, c. 206-217.

26. Драпико A.B., Павлов B.M. Байструков К.И., Шарнин А.В., Обход-ский А.В. и др. Разработка специальных алгоритмов реконструкции физических полей для термоядерной установки ТОКАМАКА КТМ. // Известия вузов, Физика, Том 47, № 11, 2004.- с.168-172.

27. Самойленко Ю.И., Губарев В.Ф., Управление быстропротекающими процессами в термоядерных установках. Киев: Наука думка, 1988. - 384 с.

28. Mikyung P., Kim К. Н. and others Development of a time synchronization system for KSTAR with a VME-bus system // Proceeding of 10th ICALEPCS Int. Conf. on Accelerator & Large Expt. Physics Control Systems, Geneva, 2005.

29. Jonatan B. Lister, Ferdinand Hofmann The control of tokamak configuration variable plasmas // Fusion technology. Nov. 1997. - Vol. 32.

30. Slough S. Т., Miller К. E., Small High frequency probe for internal magnetic field measurements in high temperature plasmas // Review of Scientific Instruments, January 2001 Vol. 72, № 1, - p. 417-420.

31. Запасный А. И. Основы теории цепей / учебное пособие М.: РИОР, 2006.—336 с.

32. Obkhodskii A.V., Pavlov V.M., Baystrukov K.I., Golobokov Y.N., Merkulov S.V. Data acquisition system for KTM magnetic diagnostic // 19tMAEA

33. Technical Meeting on Research using Small Fusion Devices: Conference proceedings. Курчатов, Казахстан. 2009. -P. 37.

34. Система управления плазмой: Учебное пособие / В.М. Павлов, А.В. Обходский, Ю.Н. Голобоков, А. В. Овчинников. М.: Изд. ТПУ, 2008 - 160 с.

35. TS-V39. VME Octal ADSP-TS101 DSPs Card with PMC Sites. режим доступа: http://www.eonic.co.kr.

36. Lister J. В., Martin Y. The control of modern tokamaks // Proceeding of International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems, 1999, 235 239, Trieste, Italy.

37. Wijnands Т., Gilles M. An advanced plasma control system for TORE SUPRA // Fusion technology, 1997 Vol. 32, P. 471 - 486.

38. Bak J.G., Lee S.G., Analog integrator for the Korea superconducting to-kamak advanced research magnetic diagnostic // Review of scientific instruments, April 2007, Vol. 78, № 4, P. 043504-1 043504-5.

39. Angelini В., Apicella M.L. and others FTU Operation // Fusion science and technology, May 2004 Vol. 45 - P. 437 - 458.

40. Penaflor B.G., Ferron J.R., Johnson R.D., Piglowski D.A. Current status of the upgraded DIII-D real-time digital plasma control system // Fusion Engineering and Design, 2004, Vol. 71, P. 47 52.

41. Nagayama Y., Emotoa M. and others Control, data acquisition, data analysis and remote participation in LHD // Fusion Engineering and Design, 2008, Vol. 83, P. 170-175.

42. Eriko J., Satoshi I. Continuous monitoring and data acquisition system for steady-state tokamak operation // Fusion Technology, March 1995 Vol. 27, P. 171-175.

43. Eriko J., Satoshi I., A data acquisition method against unpredictable events during long-time discharges and its aplication to the TRIAM-1M tokamak experiment // Fusion Technology, November 1997 Vol. 32, P. 487-490.

44. Raupp G., Gruber O. and others Discharge supervision control on ASDEX UPGRADE // Fusion Technology, November 1997 Vol. 32, P. 444-457.

45. Manhood S.J., Jenkins I., Waterhouse J. The MAST data acquisition system distributed implementation // Fusion Engineering and Design, 2000 - Vol. 48, P. 219-223.

46. Llobet Xavier, Duval Basil P. 128 Channel PCI-based data acquisition system for MDSplus // Fusion Engineering and Design, 2002 Vol. 60, P. 285-289.

47. Guillerminet B., Buravand Y. and others Experience from Tore Supra acquisition system and evolutions // Fusion Engineering and Design, 2004, Vol. 71, P. 213-218.

48. Sichta P., Dong J. and others Developments to supplant CAMAC with industry standard technology at NSTX // Fusion Engineering and Design, 2004, Vol. 71, P. 129-133.

49. Vitale V., Centioli C. and others Real-time Linux operating system for plasma control on FTU-implementation advantages and first experimental results // Fusion Engineering and Design, 2004, Vol 71, P. 71-76.

50. Kwon M., Choi I.S. The control system of KSTAR // Fusion Engineering and Design, 2004, Vol. 71, P. 17-21.

51. Shibaev S., Counsell G. and others, MAST data acquisition system // Fusion Engineering and Design, 2006, Vol. 81, P. 1789 1793.

52. J.R. Luo, P.J. Wei, G.M. Li, H. Wang Alternate mode for data acquisition and real-time monitoring system based on CAMAC system // Fusion Engineering and Design, 2006, Vol. 81, P. 1771 1774.

53. Raupp G., Behler K. and others Commissioning and initial operation experience with ASDEX Upgrade's new real-time control and data acquisition // Fusion Engineering and Design, 2006, Vol. 81, P. 1747 1751.

54. Felton R., Joffrin E. and others Real-time measurement and control at JET experiment control // Fusion Engineering and Design, 2005, Vol. 84, P. 561 -566.

55. Basse N.P., Dominguez A. and others, Diagnostic systems on ALCATOR C-MOD // Fusion science and technology, 2007, Vol. 51, P. 476 507.

56. Shen В., Sun Y.W., Wan B.N., Qian J.P. Poloidal beta and internal inductance measurement on HT-7 superconducting tokamak // Review of scientific instruments, 2007, Vol. 78, № 9, p. 093501-1 -093501-6.

57. Lambertz H. T., Krom J. G., Kramer-Flecken A. Commissioning of TEXTOR CC, the new TEXTOR control system and first operating experiences // Fusion Engineering and Design, 2008, Vol. 83, P. 269 272.

58. Cruz N., Rodrigues A.P. and others The integration of the new advanced digital plasma control system in TCV // Fusion Engineering and Design, 2008, Vol. 83,P. 215-219.

59. Xiao B.J., Humphreys D.A. and others, EAST plasma control system // Fusion Engineering and Design, 2008, Vol. 83, P. 181 187.

60. Гурко В.Ф., Зубарев П.Ф. и другие, Быстродействующая синхронная 32-канальная система сбора данных И Приборы и техника эксперимента, 2003, №5-с. 1-6.

61. Гурко В.Ф., Зубарев П.Ф. и другие, Синхронная 128-канальная система сбора данных для диагностического комплекса плазменных экспериментальных установок // Приборы и техника эксперимента, 2003, №5 с. 1-7.

62. Kimura T., Kurihara К. and others JT-60U plasma control system // Fusion Technology, November 1997 Vol. 32, P. 404-415.

63. Sakata S., Koiwa M., Aoyagi T., Matsuda T. Real time processor in JT-60 data processing system // Fusion Engineering and Design, 2000, Vol. 48, P. 225 -230.

64. Matsuda T., Tsugita T. and others Status of JT-60 data processing system // Fusion Engineering and Design, 2000, Vol. 48, P. 99 104.

65. Kurihara K., Kawamata Y., Development of a precise long-time digital integrator for magnetic measurements in a tokamak // Fusion Engineering and Design, 1997, Volume 2, P. 799 802.

66. Kurihara K., Yonekawa I. and others Status and prospect of JT-60 plasma control and diagnostic data processing systems for advanced operation scenarios // Fusion Engineering and Design^ 2006, Volume 81, p: 1729 1734.

67. Радкевич Я.M., Схиртладзе А.Г., Лактионов Б.И. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 2004. — 767 с.

68. Куликовский Л.Ф., Морозов В.К, Основы информационной техники. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1977. — 360 с.

69. Зюко А.Г., Кловский Д.Д. и т.д. Теория передачи сигналов. Учебник для вузов. М.: Связь, 1980. - 288 с.

70. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств/Гитис Э.И.Изд. 2-е, перераб. -М.: Энергия, 1970. 400 с.

71. Информационно-измерительные системы / Г. Н. Новопашенный. -М.: Высшая школа, 1977. 208 с.

72. Измерительные информационные системы/И. В. Бутусов. 2-е изд., перераб., и доп. —Л.: Недра, 1970. — 526 с.

73. Ацюковский В.А., Бобров В.Г. и др. Основы организации систем цифровых связей в сложных информационно-измерительных комплексах. — М.: Энергоатомиздат, 1996. 96 с.

74. Месарович М.Д., Такахара Я., пер. с анг. Наппельбаум Э.Л., Общая теория систем: математические основы. М.: Мир, 1978. - 312 с.

75. Организация и проектирование систем автоматизации научно-технических экспериментов/ В. М. Египко. М.: Наукова думка, 1978. — 232 с.

76. А. Солонина, Д. Улахович, JL Яковлев, Алгоритмы и процессы цифровой обработки сигналов. Учебное пособие. Изд. "БХВ-Петербург", Санкт-Петербург, 2002.

77. Язык описания цифровых устройств AlteraHDL. Практический курс. Издание 2, А.П. Антонов. Изд. "РадиоСофт", Москва, 2002.

78. ПЛИС фирмы "ALTERA": элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры. В. Б. Стешенко, Издательский дом "Додека-XXI", Москва, 2002.

79. Цифровые системы. Теория и практика, 8-е издание. Рональд Дж. Точчи, Нил С. Уидмер, Издательский дом "Вильяме", г. Москва, 2004.83.770сновы электронной техники. Издание второе. К.Ф. Ибрагим, Издательство "МИР", Москва, 2001.

80. Современные семейства ПЛИС фирмы "XILINX". М.О. Кузелин, Д.А. Кнышев, В.Ю. Зотов. Изд. "Горячая линия- Телеком", г. Москва, 2004.

81. Синтез логических схем с использованием языка VHDL. П. Н. Биби-ло, Изд. "СОЛОН-Р", Москва, 2002.

82. Цифровая схемотехника. Учебное пособие. Е. Угрюмов, Изд. "БХВ-Петербург", Санкт-Петербург, 2002.

83. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия. М.Ю. Гук, Издательский дом "ПИТЕР", г. Санкт-Петербург, 2002 г.

84. Искусство схемотехники. Том I, П. Хоровиц, У. Хилл, Пер. с англ. М.В. Гальперина. Издательство "МИР", Москва, 1983 г.

85. Павлов В.М., Байструков К.И., Обходский А.В., Голобоков Ю.Н.и др. Разработка проектных решений по созданию системы управления плазмой термоядерной установки токамак КТМ // Отчет о НИР. 2005. Регистрация в ВНТИЦ. Рег.№ 01200501724. Инв.№ 0220.0.704957.

86. Obkhodskii A.V. Baystrukov K.I., Golobokov Y.N., Pavlov V.M., КТМ tokamak plasma control system structure // 19th IAEA Technical Meeting on "Research using Small Fusion Devices, сборник трудов. Курчатов, Казахстан. 2009. -P. 37.

87. Improvements in the Treatment of Signals Used for Plasma Diagnostics // IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, VOL.43, NO.l, 1996.

88. Baggest D.S., Rothweil D.A., Pang S, Walker M.L., Nerem A. Improving plasma shaping accuracy through consolidation of control model maintenance, diagnostic calibration, and hardware change control // IEEE, 1995.

89. Robert D.Woolley Tokamak Poloidal Magnetic Field Measurements Accurate for Unlimited Durations // IEEE, 1995.

90. C.F.M. Loureiro, A.M.C.F. Combo, J. Basilio Simoes, C.M.B.A.Correia, A. Silva High Speed Multi Input VME Acquisition System // IEEE, 1997.

91. K. Kurihara Status and prospect of JT-60 plasma control system for advanced tokamak discharge scenarios // Proceedings of ICALEPCS, 2003.

92. Superconducting Tokamak // Instruments and Experimental Techniques, 2008, Vol. 51, No. 2, P. 246-250.

93. B. Carvalho, H. Fernandes, C. Silva, D. Borba, C.A.F. Varandas Realtime DSP-based shape determination and plasma position control in the ISTTOK tokamak // Fusion Engineering and Design, Vol. 71, 2004, P 77-82.

94. Yu.K. Kuznetsov, I.C. Nascimento, R.M.O. Galvao, W.P. Des Sinpli-fied Magnetic Diagnostic Methods for TOKAMAKS II Nuclear fusion, Vol. 38, No. 9, 1998.

95. A.J. Donne Introduction to plasma diagnostics // Transactions of fusion science and technology, vol.53, 2008.

96. Osamu Mitarai Development of the Ignition Control Algorithm with Diagnostic Sets for an Inductive Operation in a Tokamak Reactor // Journal of Magnetohydrodinamics, Plasma and Space Research, 2007, vol.12, №1/2, P. 5176,

97. J.Wesley, H.-W. Bartels, D. Boucher and others Plasma Control Requirements and Concepts for ITER II Fusion technology, Vol.32, 1997.

98. H. van der Beken, C.H. Best, K. Fullard and others Codas: the jet control and data acquisition system // Fusion technology, Vol. 11, 1987.

99. M. Zilker, K. Hallatschek and others Multiprocessor systems for realtime data acquisition on the Asdex upgrade and future plasma experiments // Fusion Engineering and Design, Vol. 43, 1999, P. 417-423.

100. J.B. Lister, J.W. Farthing, M. Greenwald, I. Yonekawa The status of the ITER COD AC conceptual design // Fusion Engineering and Design, Vol. 83, 2008, P. 164-169.

101. G. Matsunaga, M. Takechi, K. Toi Fast data acquisition system based on digital oscilloscopes for fluctuation measurements in a long pulse JT-60U tokamak plasma // Fusion Engineering and Design, Vol 82, 2007, P. 207-213.

102. K. Kurihara, J.B. Lister Plasma control systems relevant to ITER and fusion power plants // Fusion Engineering and Design, 2008.

103. М:И. Патров, С.Е. Бендер, В.К. Гусев МГД неустойчивости ограничивающие достижение предельной плотности плазмы в сферическом тока-маке Глобус-М // XXXIII Международная конференция по физике плазмы и УТС: сборник трудов, 2006.

104. V. Coccorese, R. Albanese, Н. Altmann, F. Basso and others Design of the New Magnetic Sensors for JET // Proceedings of the 15th HTPD Conference, San Diego California, USA, 2004.

105. M. Valovic, Magnetic diagnostics on the castor tokamak // Czech. J. Phys. 1988.- В 38.

106. F. Alladio, P. Micozzi Magnetic Diagnostics Associazione EURATOM-ENEA sulla Fusione, Frascati, Italy.

107. A.A. Lukianitsa, F.S. Zaitsev, S.V. Nosov Processing of magnetic diagnostics data using Hidden Markov Models // 35th EPS Conference on Plasma Phys. Hersonissos, 2008, Vol.32D, P-1.092.

108. L. Berzak, R. Kaita, T. Kozub, R. Majeski, and L. Zakharov, Magnetic Diagnostics for the Lithium Tokamak experiment // Proceedings of the 17th Topical Conference on High-Temperature Plasma Diagnostics, Albuquerque, New Mexico, May 2008.

109. M. C. Kyum, B. J. Lee, J. H. Han and others. Design of KSTAR machine control system // International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems, 1999, Trieste, Italy.

110. Лучук A.M., Устройства передачи дискретной информации. Изд. «Техника», Киев, 1978.

111. Кунце Х.И., Методы физических измерений: Пер. с нем. М.: Мир, 1989.

112. Алиев Т.М., Тер-Хачатуров A.A., Измерительная техника М.: Высш. шк., 1991.

113. Ясельский В.К., Кузнецов А.И., Дядик В.Ф., Обработка результатов измерений: Учебное пособие.- Изд. ТПУ, Томск, 1977.

114. Демин Н.С., Буркатовская Ю.Б., Теория информации.- Изд. ТПУ,2007.

115. Обходский A.B., Байструков К.И., Меркулов C.B., Программно-аппаратный комплекс синхронизации исследовательской установки // Международная науч. практ. конф. Автоматизация и управление в промышленности, сборник трудов,Томск. 2009. С. 104-108.

116. Хемминг Р.В., Численные методы. Изд. Наука, Москва, 1968.

117. Шенброт И.М., Гинзбург М.Я., Расчет точности систем централизованного контроля. -М.: «Энергия», 1970.

118. Морелос-Сарагоса Р., Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. -М.: «Техносфера», 2005.

119. Вострокнутов Н.Г., Евтихиев H.H., Информационно-измерительная техника. Учеб. пособие. М.: «Высш. школа», 1977.

120. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Идентификация и оптимальное управление / Под. ред. В. И. Са-лыги. М.: Высшая школа, Изд. при Харьковском ун-те, 1976.

121. Курячий М.И., Цифровая обработка сигнала. Учебное пособие. -Томск, 2002.

122. Кузнецов В.А., Пашков А.Н., Подольский O.A. и др., Основы эксплуатации средств измерений. М.: Радио и связь, 1984.

123. Васманов В.В., Автоматизированные системы оперативного управления. -М.: «Энергия», 1970.

124. Гроп Д., Методы идентификации систем. Пер. с англ. Васильева В. А. Лопатина В. И. М.: «МИР», 1979.

125. Бакалов В. П., Журавлева О. Б., Крук Б. И. Основы анализа цепей: Учебное пособие для вузов. М.: Горячая линия-телеком, Радио и связь, 2007.

126. Густав Олссон, Джангуидо Пиани. Цифровые системы автоматизации и управления. СПб.: Невский Диалект, 2001.

127. Вальпа О. Д. Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++. — М.: Горячая линия-телеком, 2007.

128. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. -М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2005.

129. Соренков Э.И., Телига А.И. Шаталов A.C. Точность вычислительных устройств и алгоритмов. -М.: «Машиностроение», 1976.

130. Хетагуров Я.А., Древе Ю.Г., Проектирование информационно-вычислительных комплексов: Учебн. для вузов. — М.: Высш. шк., 1987.

131. Коган И.М. Прикладная теория информации. М.: Радио и связь, 1981.-216 с.

132. Павлов В.М. Разработка эффективного математического и программного обеспечения АСНИ и АСУ ТП: Дис. . канд. техн. наук. Томск. 2002. 233 с.

133. Самарский A.A., Михайлов А.П., Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002 - 320 с.

134. Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB: Учебный курс. Изд-во Питер, 2004. - 652 с.

135. Зиновьев А.Л., Филиппов Л.И. Введение в теорию сигналов и цепей: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1975. - 264 с.

136. Крылов И.А., Физические основы электромагнитных процессов в технических средствах автоматизации.- М.: Испо-Сервис, 2001. 272 с.

137. Леденев А.Н., Физика: Электромагнетизм. Учебное пособие для вузов. М.: Физматлит, 2005. - 192 с.¿я/

138. Лэм Гарри, Аналоговые и цифровые фильтры: Расчет и реализация. М.: Мир, 1982. - 592 с.

139. Пейтон А. Дж., Волш В., Аналоговая электроника на операционных усилителях М.: БИНОМ, 1994. - 352 с.

140. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: Учебник для вузов/В.И. Нефедов, В.И. Хахин, Е.В. Федорова и др. -М.: Высш. шк., 2001.-383 с.

141. Высокоскоростная передача цифровых данных. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. 1024 с.

142. Рабинович М.А., Цифровая обработка информации для задач оперативного управления в электроэнергетике. М.: Изд. НЦ ЭНАС, 2001. - 344 с.

143. Муравьев C.B., Программирование для измерительных информационных систем.- :Изд-во ТПУ, 1998. 144 с.

144. Финогенов К.Г., Программирование измерительных систем реального времени. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 256 с.

145. Глухих В.А., Беляков В.А., Минеев А.Б., Физико-технические основы управляемого термоядерного синтеза. СПБ: Изд-во Политехи, ун-та, 2006. - 348с.

146. Драпико Е.А. Разработка методов и средств реконструкции физических полей в термоядерной установке токамак КТМ: Дис. . канд. физ.-мат. наук. Томск. 2007. - 147 с.

147. Обходский A.B., Байструков К.И., Павлов В.М., Меркулов C.B., Голобоков Ю.Н. Система измерения электромагнитных параметров для электрофизической установки ТОКАМАК КТМ // Приборы и техника эксперимента, 2008, № 6. - с. 23-28.