EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)自動(dòng)控制研究的開題報(bào)告

EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)自動(dòng)控制研究的開題報(bào)告摘要本文提出了一種基于EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)的自動(dòng)控制方案。首先，介紹了EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)。然后，根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于遺傳算法和模糊控制的自動(dòng)控制算法，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。最后，討論了該算法的優(yōu)缺點(diǎn)和未來改進(jìn)方向。關(guān)鍵詞：EAST湯姆遜散射診斷、自動(dòng)控制、遺傳算法、模糊控制1.引言東方超環(huán)向托卡馬克（EAST）是中國目前唯一一臺(tái)大型托卡馬克裝置，其利用托卡馬克等離子體研究聚變等領(lǐng)域。EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)是一種非常關(guān)鍵的診斷裝置，可以用于測量等離子體溫度、密度等參數(shù)。在操作過程中，需要經(jīng)常調(diào)整診斷激光的輸出功率、波長等參數(shù)，以滿足實(shí)驗(yàn)要求。因此，自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)是非常必要的。本文提出了一種基于遺傳算法和模糊控制的EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)自動(dòng)控制方案。通過對系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，將控制問題轉(zhuǎn)化為求解多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問題。利用遺傳算法搜索最優(yōu)解，得到適應(yīng)度函數(shù)，然后利用模糊控制算法進(jìn)行控制決策。本文首先介紹了EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)，然后詳細(xì)描述了自動(dòng)控制算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，最后進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。2.EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)是一種利用激光與等離子體相互作用產(chǎn)生的光子散射現(xiàn)象，進(jìn)行等離子體性質(zhì)診斷的裝置。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖其中，激光通過準(zhǔn)直鏡、對準(zhǔn)鏡、光色鏡、中心波長選擇器、半波片、偏振分束器等光學(xué)元件傳輸?shù)綄?dǎo)致器，并通過閃光燈、高壓電源等電氣元件激勵(lì)。激光在與等離子體相互作用時(shí)，發(fā)生湯姆遜散射現(xiàn)象，反散射光通過同軸光纖回傳到高靈敏光電倍增管、振蕩放大器等信號(hào)處理器件處理。利用傅里葉變換等算法，可以得到等離子體溫度、密度等參數(shù)。3.自動(dòng)控制算法設(shè)計(jì)3.1自動(dòng)控制問題的描述EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)的自動(dòng)控制問題，可以描述為：在滿足等離子體性質(zhì)診斷要求的前提下，盡可能地提高激光輸出功率和效率，達(dá)到快速且穩(wěn)定的診斷過程。3.2多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化將目標(biāo)量化為兩個(gè)指標(biāo)，分別為激光輸出功率和效率。假設(shè)輸出功率為P，效率為η，則有：P=k1×I0×η×Γ(1)η=k2×exp?(-k3×Γ)(2)其中，I0為入射激光功率，Γ為等離子體振蕩強(qiáng)度，k1、k2、k3為常數(shù)。3.3遺傳算法搜索最優(yōu)解遺傳算法是一種模擬進(jìn)化學(xué)習(xí)過程的優(yōu)化算法，其基本思路是通過選擇、交叉、變異等基本操作，模擬生物界的進(jìn)化過程，最終得到優(yōu)化解。在本算法中，將P和η作為適應(yīng)度函數(shù)，利用遺傳算法搜索最優(yōu)解。3.4模糊控制算法模糊控制算法是一種基于灰色信息處理的控制方法，其主要特點(diǎn)是具有模糊性、魯棒性和適應(yīng)性等特點(diǎn)。在本算法中，利用模糊控制算法進(jìn)行控制決策，根據(jù)輸出功率和效率的變化情況，調(diào)整激光輸出功率和波長等參數(shù)，控制系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。4.仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果驗(yàn)證本文采用MATLAB軟件進(jìn)行算法仿真實(shí)驗(yàn)，并使用EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于遺傳算法和模糊控制的自動(dòng)控制算法具有良好的穩(wěn)定性和魯棒性，能夠在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行有效應(yīng)用。5.討論與結(jié)論本文提出了一種基于EAST湯姆遜散射診斷激光傳輸系統(tǒng)的自動(dòng)控制方案。通過多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化、遺傳