经验性调试过程中的非线性现象.ppt

HT-7NBI系统离子源实验与调试过程的统计分析,报告人：韩筱璞(Email:hxpuhotep)合作者：胡纯栋，刘胜，刘智民，王绍虎，宋士花，李军，HT-7NBI组,中国科学院等离子体物理研究所,在原PLT的中性束系统的基础上研制而成.加热功率700KW.离子源为引出束直径22cm的双潘宁离子源.引出离子束60A,50KeV.低温冷凝泵抽速400,000l/s完全采用工控机-PLC系统进行精确控制.,HT-7中性束实验系统简介和进展,已基本建成主真空室、离子源及其电源、低温泵系统、飘移室、控制系统、冷却系统等，尚未进行束流的引出。,HT-7中性束系统装置示意图,机械泵和分子泵,主真空室,中性化室,漂移室,束流限制器,功率测量靶,偏转磁铁,离子吞食器,离子源,冷凝泵,离子源结构示意图,阴极灯丝,磁场线圈,中间电极,一号阳极,二号阳极,会切磁场磁铁,阴极等离子体,阳极等离子体,栅极,离子源起弧实验,实验目标要求：弧流强度/脉宽分别达到500A/100ms以上，或200A/1000ms以上的稳定放电.使用经验性调节模式：根据上次起弧的参数和弧流品质，调节某参数，看该调节对弧流的影响，确定下一步调节所选取的参数.一般如果获得较稳定的放电，可将放电脉宽适当拉长；在弧电流较强时，出于对灯丝承受能力的考虑，一般在较短脉宽下进行.该实验大体分为两个模式进行：一个以拉出长脉冲弧流为主要目标；另一个主要来获得强弧流.首先仅启动辅助真空系统，使用4根并联的1.2mm直径、15cm长度的灯丝进行大量实验；然后使用同种灯丝，投入低温冷凝泵，在正常工作条件下进行实验。,启动低温泵条件下调试获得的高品质弧流,稳定可重复的长脉冲放电.可重复的强弧流稳定放电.,200A/1300ms,180A/2500ms,450A/250ms,550A/120ms,600A/100ms,各参数对弧流影响的粗略分析,实验发现通过提高弧压可以提高弧流强度，而当弧压超过140V，通过提高弧压来提升弧流效果已经不明显.,工作气体进气对起弧有着较大的影响.增大进气气量有利于提高弧流强度，但过大会影响弧流的稳定性，甚至造成过流.,相对于弧流的进气时刻也对起弧有着一定的影响，大幅度提前进气能够较早在离子源内建立进气抽气平衡，有利于弧流的稳定，但不利于尾部的弧流强度的提高.,提高灯丝电流可以提高弧流强度，但大于400A时，提高效果已经不明显，反而会影响灯丝寿命.实验中长脉冲放电时灯丝电流一般在380A左右，强弧流放电时一般在410A左右，可得到较稳定的弧流.,调节得到的弧电流的时序分布和统计分析,离子源的调试过程是一个复杂的实验过程.它既有纯粹的物理过程，又有人的干预；既和实验装置（离子源）和实验对象（源等离子体）的物理性质有关，又和实验者的经验积累有关.对它进行的统计分析显示出了若干现象，包括：调节所得弧电流强度和放电脉宽的幂律分布。调节得到的参数关联网络具有准无标度性。,Zipf统计所得弧电流强度分布,投入低温泵所得，基本符合双Pareto分布（Reed,2001）形式：,未投入低温泵时所得，呈现为三段分布，存在两个拐点,此处a=0.80,b=0.88,C=1.35103,放电脉宽的累积分布,放电脉宽的累积分布近似为单段幂律形式.所统计的累积分布的横坐标表示弧流脉宽大于该值的炮数，其物理意义与进行Zipf统计等效.,投入低温泵所得,未投入低温泵时所得,参数关联网络的物理意义,网络研究的进展提供了较成熟的分析方法（Watts,1998andBarabsi,1999）。实验中上一次放电的参数设置是确定下次放电设置的出发点；上一次放电的实验现象影响着实验者的经验和调节方向；因此经验性调节模式决定了相邻两次放电的参数设置之间存在有关联。对调节过程进行一般性的分析，需要设法避开具体的实验系统对分析数据的影响。分析参数关联网络可以做到这一点。,参数网络的构建方法,节点为每一次放电的参数设置；相邻两次放电对应节点之间建立连边；连边的方向依据时间顺序由前向后。为保证得到较好的统计特性，在实际分析中选用了仅由两项参数组成的参数调节网络。这些参数调节网络表示了参数空间中的调节轨迹在某个参数平面上的投影。对参数网络进行了若干简单化处理以方便研究，先后简化为简单有向图和简单无向图。,参数网络拓扑结构示意,该图显示了所有的节点，但有部分连边相互重合在了一起。,参数网络的简化和累积度分布,参数网络的累积度分布的数学形式,原始参数网络的累积度分布部分满足广延指数分布形式（SED）（Laherrre,1998）：,简化的有向参数网络出度和入度的累积分布和简化无向参数网络的累积度分布满足SED的次序分布形式：,其度分布的衰减速度介于幂律和指数函数之间，说明这些参数关联网络是准无标度网络。,离子源调节过程的分析,离子源的经验性调节过程有着确定的实验目的，即寻找实验装置的稳定运行所需要的参数设置，并总结出该装置的定量性的实验规律。经验性调节过程可视为如下几个子过程循环构成：1、决策过程，决定具体怎样调节参数；2、实验发生过程，在所设定的参数下对实验对象展开物理实验；3、现象反馈过程，通过各种测量、采集仪器使实验者获知实验现象；4、经验积累过程，实验者观察实验现象、寻找实验规律并判断参数调节对实验现象的影响，从而进行下一步的决策。,决策过程,实验发生,现象反馈,经验积累,调节过程的初步建模,使用活性行走（Lam,1992）对此过程进行了初步的建模。模型简单规则是：以势场的形式表示实验者的经验；以势场影响粒子行走的方式体现出经验对参数调节的影响；实验结果对经验的影响以粒子改变势场的的方式表示；实验发生过程和现象反馈过程的表示方式则以简单函数的形式表示出来，并且忽略了实际实验中的误差因素；粒子在势场中的行走方式为具有确定初始动能和随机初始运动方向、恒定阻尼的滚动行走.,模拟结果与分析,该模型获得了与实际基本一致的参数网络结构，显示出参数网络的准无标度性来自于实验中的参数优选，但实验结果的统计分布与实际有较大偏差，并且该模型仍然很难进行定量分析，需要进一步的改进。,简化有向参数网络,简化无向参数网络,结论和研究展望,实验证明该离子源完全有能力实现500A/100ms的稳定放电，满足该中性束的运行要