一种高功率微波天线镜子实时控制系统技术方案

本发明专利技术属于等离子体加热领域，涉及一种高功率微波天线镜子实时控制系统。该系统包括依次接收中控信号的反射内存卡、实时主控制器、以太网交换机、PLC模块、电机伺服器和伺服电机；实时主控制器通过反射内存卡接收中控发出的信号，然后计算出高功率天线镜子需要转动的角度，通过ModbusTCP/IP协议和以太网交换机，发送角度信号到PLC模块，PLC模块根据发送的角度计算出电机转动需要的参数，控制电机伺服器，电机伺服器控制电机转动镜子到达指定角度。本发明专利技术保证数据传输处理的实时性、稳定性和准确性，满足在托克马克等装置高辐射的恶劣环境的要求。

High power microwave antenna mirror real-time control system

The invention belongs to the field of plasma heating, and relates to a real-time control system of a high power microwave antenna mirror. The system includes receiving control signal of the reflective memory card, real-time controller, Ethernet switches, PLC server module, motor and servo motor; real-time control signal sent by the main controller receives through reflective memory card, and then calculate the high power antenna to the rotation angle of the mirror, through the ModbusTCP/IP protocol and the Ethernet switch, sending the angle signal to the PLC module, the PLC module according to the transmission calculated from the point of view of the rotation of the motor to control the motor parameters, server, server to control the motor rotation angle of the motor reaches the specified mirror. The invention ensures the real-time, stability and accuracy of the data transmission and processing, to meet in the Tokamak devices such as high radiation environment requirements.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于等离子体加热领域，涉及一种高功率微波天线镜子实时控制系统。
技术介绍
高功率微波是磁约束聚变等离子体研究中一种重要的电流驱动和加热手段，高功率微波加热系统通常采用高功率微波天线镜子控制微波的入射角度。为了使高功率微波天线镜子具有实时控制转动的能力，需要采用实时主控制器对入射角度进行实时计算，并发送入射角度指令到伺服电机来控制天线镜子的实时转动。实时波轨迹程序是实时主控制器的核心，其需要完成不同角度的波束的实时的波轨迹的计算，并得到不同角度的波束在等离子体内部的归一化沉积位置。早期控制高功率微波天线镜子的转动主要通过离线手动的方式使用上位机连接PLC直接控制电机的启停使天线镜子转动到指定角度，这样只能在实验间歇期间对天线镜子进行转动，而无法在实验期间根据实验的要求对天线镜子进行实时转动。在磁约束聚变实验期间，根据实验的要求，经常需要在等离子体放电过程实时转动天线镜子的角度，实现高功率微波在等离子体内的不同位置不同时刻进行沉积，并且根据诊断的数据来实时反馈控制天线镜子的转动。并且由于等离子体放电时间很短，对于高功率微波沉积在等离子体内部的位置精度要求高，这就需要开发能够实现实时反馈控制的天线镜子的控制系统，在运算时间、反应速度、控制精度、远程通信、稳定性等方面都达到上述实验要求。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要提供一种高功率微波天线镜子实时控制系统，用以解决现有技术中无法实现高功率微波天线镜子的远程反馈控制，运行精度不高和反应速度不快的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术一种高功率微波天线镜子实时控制系统包括：反射内存卡，用于中控与实时主控制器之间的实时光纤信号传输；实时主控制器，用于接收中控指令，完成天线镜子的实时转动角度的计算以及发送实时转动角度信号和电机启动信号到PLC模块；以太网交换机，用于实现实时主控制器通过ModbusTCP/IP协议发送天线镜子的实时转动角度信号的远距离传输；PLC模块，用于设置电机转动的参数，并根据接收到的天线镜子转动角度信号，对伺服电机发送转动命令；电机伺服器，用于实现电机的转动控制；伺服电机，用于驱动天线镜子的转动；所述反射内存卡、实时主控制器、以太网交换机、PLC模块、电机伺服器和伺服电机，依次串联连通，所述实时主控制器通过反射内存卡接收中控数据，并根据实时波轨迹程序计算出天线镜子所要转动的角度，并通过以太网交换机、PLC模块、电机伺服器和伺服电机实现天线镜子的远程控制转动。进一步从中控发送的信号到反射内存卡接收信号的通信时间在50微妙以内。进一步实时主控制器的实时控制方式为10ms级。进一步基于以太网交换机和MobdusTCP/IP协议构成的远程通信单元的传输时间在36毫秒以内。进一步所述伺服电机丝轴移动距离的控制精度为0.1mm，在高功率微波天线镜子实时转动期间，对应的天线镜子转动的角度为0.146°。一种利用高功率微波天线镜子实时控制系统在磁约束聚变实验对经典撕裂模的控制方法，包括以下步骤：步骤一、Mirnov探针阵列对经典撕裂模磁岛进行探测；步骤二、当Mirnov探针阵列探测到的经典撕裂模磁岛出现后，Mirnov探针阵列诊断系统发送经典撕裂模磁岛信号给中控；步骤三、中控接收到经典撕裂模磁岛信号后，中控计算该经典撕裂模的磁岛的归一化位置；步骤四、中控发送电子回旋管启动命令，同时通过反射内存卡给实时主控制器发送等离子体基本参数和经典撕裂模的磁岛归一化位置信号，实时主控制器计算出天线镜子需要转动的角度，并通过以太网交换机，发送天线镜子需要转动的角度信号和伺服电机启动信号给PLC模块，PLC模块将信号传输给电机伺服器控制伺服电机，伺服电机驱动高功率微波天线镜子转动。进一步伺服电机驱动高功率微波天线镜子转动分为径向转动和环向转动。进一步所述等离子体基本参数为等离子体边界极向磁通、磁轴处的极向磁通、托卡马克大半径位置、计算区域的大半径尺寸、最小径向位置、计算区域的垂直高度尺寸、计算区域中心点垂直高度、极向磁通格点、环向磁场格点。进一步实时主控制器通过以太网交换机给PLC模块以50ms控制周期持续发送天线镜子角度转动控制信号。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术一种高功率微波天线镜子实时控制系统，通过反射内存卡、实时主控制器器、以太网交换机和PLC单元实现从中控信号到天线镜子转动的实时控制，满足在复杂恶劣的实验环境下远程控制的要求，结构简单，系统稳定，通信速度快，控制精度高。附图说明图1为本专利技术一种高功率微波天线镜子实时控制系统示意图；图2为本专利技术一种高功率微波天线镜子实时控制系统实现远程控制的正弦波形图；图3为本专利技术一种高功率微波天线镜子实时控制系统在实验过程中实现对经典撕裂模实现实时反馈控制波形图；图3a是电子回旋管发射功率随时间的变化图；图3b是经典撕裂模幅度随时间的变化图；图3c伺服电机控制位置与反馈位置随时间变化图；图3d是高功率微波天线镜子极向入射控制角度与极向入射反馈角度随时间变化图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。如图1所示，本专利技术一种高功率微波天线镜子实时控制系统，包括：反射内存卡，用于中控与实时主控制器之间的实时光纤信号传输；从中控发送计算实时波轨迹所需的等离子体基本参数信号到反射内存卡接收信号的通信时间在50微妙以内；实时主控制器，用于接收中控指令，完成天线镜子的实时转动角度的计算以及发送实时转动角度信号和电机启动信号到PLC模块；实时主控制器的实时控制方式为10ms级；以太网交换机，用于实现实时主控制器通过ModbusTCP/IP协议发送天线镜子的实时转动角度信号的远距离传输；基于以太网交换机和MobdusTCP/IP协议构成的远程通信单元的传输时间在36毫秒以内；PLC模块，用于设置电机转动的参数，并根据接收到的天线镜子转动角度信号，对伺服电机发送转动命令；电机伺服器，用于实现电机的转动控制；电机，用于驱动天线镜子的转动。所述反射内存卡、实时主控制器、以太网交换机、PLC模块、电机伺服器和电机，依次串联连通，所述实时主控制器通过反射内存卡接收中控数据，并根据实时波轨迹程序计算出天线镜子所要转动的角度，并通过以太网交换机、PLC模块、电机伺服器和电机实现天线镜子的远程控制转动。在高功率微波天线镜子实时转动期间，天线镜子转动的最小角度为0.146°，对应电机丝轴移动的距离为0.1mm。在高功率微波天线镜子实时转动期间，实时主控制器可以实时计算径向和环向多个角度的波束在等离子体里的归一化沉积位置。在高功率微波天线镜子实时转动期间，实时主控制器可以根据历史实验数据预先设定一个天线镜子转动的目标角度，然后以这个角度为中心根据实验精度的要求计算20-40个角度所对应的波束在等离子体归一化沉积位置，每个角度的间隔步长为0.146°。本专利技术一种高功率微波天线镜子实时控制系统性能测试如图2所示；首先，将正弦控制信号(测试信号)离散为128个点的正弦控制离散信号，该正弦离散信号对应的伺服电机丝轴移动距离以1.8mm为中心，下幅值为1.5mm，上幅值为2.1mm；然后，实时主控制器以每隔36ms分别给PLC模块发送控制电机丝轴移动距离的这128个正弦控制离散信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率微波天线镜子实时控制系统，其特征在于，该系统包括：反射内存卡，用于中控与实时主控制器之间的实时光纤信号传输；实时主控制器，用于接收中控指令，完成天线镜子的实时转动角度的计算以及发送实时转动角度信号和电机启动信号到PLC模块；以太网交换机，用于实现实时主控制器通过Modbus TCP/IP协议发送天线镜子的实时转动角度信号的远距离传输；PLC模块，用于设置电机转动的参数，并根据接收到的天线镜子转动角度信号，对伺服电机发送转动命令；电机伺服器，用于实现电机的转动控制；伺服电机，用于驱动天线镜子的转动；所述反射内存卡、实时主控制器、以太网交换机、PLC模块、电机伺服器和伺服电机，依次串联连通，所述实时主控制器通过反射内存卡接收中控数据，并根据实时波轨迹程序计算出天线镜子所要转动的角度，并通过以太网交换机、PLC模块、电机伺服器和伺服电机实现天线镜子的远程控制转动。

【技术特征摘要】
1.一种高功率微波天线镜子实时控制系统，其特征在于，该系统包括：反射内存卡，用于中控与实时主控制器之间的实时光纤信号传输；实时主控制器，用于接收中控指令，完成天线镜子的实时转动角度的计算以及发送实时转动角度信号和电机启动信号到PLC模块；以太网交换机，用于实现实时主控制器通过ModbusTCP/IP协议发送天线镜子的实时转动角度信号的远距离传输；PLC模块，用于设置电机转动的参数，并根据接收到的天线镜子转动角度信号，对伺服电机发送转动命令；电机伺服器，用于实现电机的转动控制；伺服电机，用于驱动天线镜子的转动；所述反射内存卡、实时主控制器、以太网交换机、PLC模块、电机伺服器和伺服电机，依次串联连通，所述实时主控制器通过反射内存卡接收中控数据，并根据实时波轨迹程序计算出天线镜子所要转动的角度，并通过以太网交换机、PLC模块、电机伺服器和伺服电机实现天线镜子的远程控制转动。2.根据权利要求1所述的一种高功率微波天线镜子实时控制系统，其特征在于，从中控发送的信号到反射内存卡接收信号的通信时间在50微妙以内。3.根据权利要求1所述的一种高功率微波天线镜子实时控制系统，其特征在于，实时主控制器的实时控制方式为10ms级。4.根据权利要求1所述的一种高功率微波天线镜子实时控制系统，其特征在于，基于以太网交换机和MobdusTCP/IP协议构成的远程通信单元的传输时间在36毫秒以内。5.根据权利要求1所述的一种高功率微波天线镜子实时控制系统，其特征
\t在于，所述伺服电机丝轴移动距离的控制精度为0.1mm，在高功率微波天线镜子实时转动期间，对应的天线镜子转动的角度为0.146°。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶际若，黄梅，宋绍栋，李久明，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51