J-TEXT扰动场交流电源峰值反馈系统的设计

摘要

撕裂模不稳定性是托卡马克等离子体中存在的一种比较常见的不稳定性，它会和托卡马克中固有的误差场相互作用形成锁模，甚至还会导致等离子的破裂。利用动态扰动场来控制撕裂模是一种较为有效的思路。
　　为产生转动的扰动磁场，在J-TEXT装置上安装了动态扰动场线圈（DRMP），该线圈系统在交流模式下需要1～5kHz、最大5kA的交流电源供电，该电源采用的是基于电压型串联谐振逆变结构的AC-DC-AC变换器，AC-DC采用的是晶闸管六脉波整流，DC-AC采用的基于绝缘栅门极晶体管（IGBT）的H桥逆变。电源对输出的谐振电流幅值按照预设波形进行反馈控制，这样就需要设计一种峰值检测电路实时的检测出电源输出的峰值电流。
　　本文设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的数字式峰值检测电路，该电路首先通过模数转换器（ADC）对负载电流进行采样，然后对采样的数字信号进行有限冲激响应（FIR）滤波器滤波，再用峰值算法获取电流峰值并将其通过数模转换器（DAC）模拟输出。文中讨论了FIR滤波器的基本性质和结构，并采用分布式算法实现FIR数字滤波，设计的FIR滤波器为低通，截止频率15KHz，通带（1-5KHz）纹波小于1dB，阻带最小衰减为-40dB，输入为有符号的14位数，采样频率为100kHz。
　　本文设计了FIR滤波器，并在其基础上完成了基于FPGA的数字式峰值检测电路的设计，并在该电路的基础上完成了扰动场交流电源负载电流峰值反馈系统的设计和测量，实验结果表明该系统动态性能好、检测精度高、抗干扰能力强，能很好满足交流电源负载电流反馈控制的需要。

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1 绪论

1.1 托卡马克与聚变能

1.2 J-TEXT扰动场线圈分布

1.3 J-TEXT扰动场交流电源

1.4 峰值检测电路

1.5 本文主要内容

2 数字式峰值检测电路的设计

2.1 峰值检测电路总体结构

2.2 A/D转换电路设计

2.3 D/A数模转换电路设计

2.4 FIR滤波器的设计

3 基于FPGA峰值检测电路的实现

3.1 AD控制模块设计

3.2 基于FPGA的FIR滤波器模块及峰值模块设计

3.3 FIR滤波器及峰值的仿真验证

3.4 DA控制模块设计

4 交流电源峰值反馈系统测试结果

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献