Feasibility study and design of cherenkov-type detectors for measurements of fast electrons within tokamaks

The paper presents feasibility and design studies of the Cherenkov-type detectors designed for measurements of energetic electrons within tokamak devices. The technique in question enables the identification of electron beams, the determination of their spatial distribution, as well as the measurements of their temporal characteristics. On the basis of the presented analyses, i.e. heat transfer studies, a prototype of the Cherenkov measuring head has been designed, constructed and tested within CASTOR tokamak. Obtained experimental results demonstrated that relatively intense Cherenkov signals appear particularly during the final phase of the discharge, when the expanding plasma column reaches the detector.З’ясовуються можливості застосування та розрахунку детекторів Черенкова для реєстрації високоенергетичних електронів в токамаках. Метод, що розглядається, дозволяє виявляти електронні пучки, визначати їх просторовий розподіл, а також вимірювати їх часові характеристики. На основі проведеного аналізу, тобто вивчення теплопередачі, був розроблений та виготовлений прототип вимірювальної головки детектора Черенкова, який було випробувано на токамаці CASTOR. Одержані експериментальні результати показують, що досить інтенсивні сигнали з датчика Черенкова виникають, зокрема, на останній стадії розряду, коли плазмовий шнур, що розширюється, торкається детектора.Исследуются возможности применения и расчёта детекторов Черенкова для регистрации высокоэнергетических электронов в токамаках. Рассматриваемый метод позволяет идентифицировать электронные пучки, определять их распределение в пространстве, а также измерять их временные характеристики. На основе представленного анализа, то есть изучения теплопередачи, разработан и изготовлен прототип измерительной головки детектора Черенкова, который был испытан на токамаке CASTOR. Полученные экспериментальные результаты показывают, что довольно интенсивные сигналы с датчика Черенкова появляются, в частности, на конечной стадии разряда, когда расширяющийся плазменный шнур касается детектора

Reduction of linearized models of power plant evaporator subsystems as control objects

Zagadnienia prezentowane w artykule są związane z budową zagregowanych hierarchicznych modeli dynamicznych obiektów sterowania o wielkiej złożoności na przykładzie modelu parownika kotła energetycznego. W szczególności przedstawiono problemy redukcji zlinearyzowanego modelu rur ekranowych parownika kotła energetycznego BP-1150. Poddano analizie problem doboru parametrów filtrów wagowych dla redukcji modelu metodą FW (ang. Frequency Weighted).The problems connected with reduction of hierarchical models of complex control objects were presented in the article. The paper describes influence of parameters weight function on approximation errors and possibilities of parameters optimization

Hierarchical model construction problems of complex plants (Part II)

W części drugiej artykułu przedstawiono zagadnienia związane z budową zagregowanych hierarchicznych modeli dynamicznych obiektów sterowania o wielkiej złożoności, na przykładzie modelu parownika kotła energetycznego. W szczególności przedstawiono problemy konstrukcji modelu oraz redukcji zlinearyzowanego modelu parownika kotła energetycznego BP-1150. Zdefiniowano strukturę hierarchicznego modelu parownika oraz przedstawiono modele matematyczne poszczególnych podsystemów parownika. Szczególną uwagę zwrócono na redukcję modeli na poszczególnych poziomach hierarchii z zastosowaniem metody częstotliwościowych funkcji wagowych (ang. Frequency Weighted) z uwzględnieniem określonych zakresów adekwatności modeli. Redukcje modeli przeprowadzono na trzech poziomach: poziom pierwszy - strefa dogrzewu i trzy części strefy odparowania, poziom drugi - rury ekranowe, separator oraz układ cyrkulacji w parowniku, poziom trzeci - parownik.Problems connected with building of aggregated hierarchical models of complex plants, are presented in the paper. The paper describes problems of linear model building and reduction of a steam boiler BP-1150. The hierarchical structure of a once-through steam boiler was defined, as well as mathematical models of particular parts of the boiler were presented in the paper. Especially, reduction of the models on particular hierarchy levels, using Frequency Weighted method and taking into account adequate ranges of models, were presented in the paper. Models on three levels were reduced: first level - one-phase flow zone and three parts of two-phase flow zone, second level - tubes of evaporator, separator and circulation system in evaporator, third level - evaporator

Hierarchical mathematical models of complex plants on the basis of power boiler example

The methodology of hierarchical linearized mathematical models construction of complex plants to control purposes is presented in the paper. Thanks to the methodology, the one high order model (flat, one level model), is replaced by a collection of models, which are placed at different hierarchy levels. The models represent dynamic processes typical for each hierarchy level, and omit fast dynamic processes significant at lower levels. The higher is hierarchy level, the slower dynamic processes is described by the model and the lower is order of the models. Multi-level model structure gives possibility of dynamic properties analysis by application of aggregation procedure. One of the principal aggregation procedure is reduction of models at individual levels of hierarchical structure. Such approach enables creating a reduced hierarchical model including a collection of models at every level of hierarchy, characterized by various adequacy scopes and accuracy of the plant features approximation. The paper presents methodology of hierarchical complex plants models creation on the example of evaporator of the BP-1150 boiler. Each of the subsystem at individual level of model hierarchy is a multi-input and multi-output causal systems

Problems of a complex plant models reduction

W artykule zaprezentowano zagadnienia związane z redukcją złożonych modeli obiektów sterowania. Przedstawiono podstawowe grupy metod redukcji wraz z omówieniem ich wad i zalet dla celów redukcji złożonych modeli obiektów sterowania. Zaproponowano wprowadzenie nowej miary błędu aproksymacji dla oceny dokładności aproksymacji modelu zredukowanego. Dobór parametrów metod redukcji pod kątem minimalizacji tej miary błędu umożliwia uzyskanego znacznie lepszych rezultatów redukcji niż minimalizacja normy Hankela błędu aproksymacji.Model order reduction problems of complex control model are presented in this paper. The article presents basic method group of complex control models reduction. Out of the many methods known from the literature, the methods based on balancing a system and then reducing it (SVD method) have become of great significance [1, 2, 5, 6, 10, 11, 13, 17, 23]. Also Krylov-based approximation methods are widely used, which are based on moment matching of the impulse response of the reduced system [1-3, 7, 9, 20]. Most of the MIMO models are characterized by large differences in gain characteristic and gain variability in frequency function (Fig. 1). The Hankel norm of approximation error (4) can't be used to estimate quality of approximation gain characteristic (Fig. 2). Authors propose in the paper new approximation error measure for reduced models of control objects (5). Minimizing this approximation error for selection of method reduction parameters gives better results than minimizing Hankel norm of approximation error (Tab. 1, Fig. 2). The reduction results of a structural model of component 1r (Russian service module) of the International Space Station [4] are also described in the paper [4]

Water supply network model and its parameters estimation using genetic algorithms

Artykuł przedstawia proces tworzenia modelu sieci wodociągowej ze szczególnym uwzględnieniem etapu kalibracji. Kalibrację wykonano z użyciem algorytmów genetycznych. Dane kalibracyjne uzyskano z systemu pomiarowego zainstalowanego na rzeczywistym obiekcie wodociągowym.The article presents the process of creating a water supply network model with emphasis on the calibration phase. Calibration was performed using genetic algorithms. The calibration data were obtained from the measurement system installed on real waterworks

Hierarchical model construction problems of complex plants (Part I)

Zagadnienia prezentowane w artykule są związane z budową zagregowanych hierarchicznych modeli dynamicznych obiektów sterowania o wielkiej złożoności. Przedstawiono metodykę tworzenia modeli hierarchicznych z wykorzystaniem procedury agregacji, stosując redukcję modeli na poszczególnych poziomach. W miejsce jednego modelu wysokiego rzędu (model płaski, jednopoziomowy), dzięki zastosowanej metodyce, uzyskuje się zbiór modeli umieszczonych na poszczególnych poziomach hierarchii. Modele te reprezentują procesy dynamiczne typowe dla każdego poziomu hierarchii i pomijają szybkie procesy dynamiczne istotne na niższych poziomach. Im wyższy poziom hierarchii, model opisuje wolniejsze procesy oraz charakteryzuje się niższym rzędem. W części pierwszej artykułu przedstawiono metodologię oraz podstawowe metody tworzenia modeli hierarchicznych. Natomiast wyniki redukcji modeli oraz hierarchiczny model parownika kotła BP-1150 przedstawiono w części drugiej artykułu.The problems connected with building of aggregated hierarchical models of complex plants are presented in the paper. The hierar-chical model building methodology, using aggregation procedure, with model reduction on separate levels is presented. Instead of one high order model (flat, one level model) thanks to presented methodology, we obtain a set of models, placed on separate levels of hierarchy. These models represent dynamical processes typical of each level and omit fast dynamical processes essential for lower levels. The higher level of the hierarchy models describe slower dynamical processes and possess lower order. The main means of aggregation is reduction of models on separate levels of hierarchy. In consequence of reduction, we obtain a lower order model, which approximate properties of original high order model, with a given error. The reduced model do not take into account part of dynamical processes which take place in a real plant, and posses a range of adequacy. The part I of the paper contains description of methods used during hierarchical models building. Concrete results obtained for hierarchical model of a once-through steam boiler BP-1150 are presented in the part II of the paper

Identification of dynamic properties of the steam boiler BP-1150 fuel preparation system

W pracy przedstawiono wyniki identyfikacji własności dynamicznych układu przygotowania paliwa kotła energetycznego BP-1150. Ze względu na fakt, że otrzymany model ma być użyteczny dla celów sterowania, do identyfikacji zastosowano stosunkowo proste liniowe modele dynamiczne oparte na funkcjach bazy ortonormalnej. Do estymacji parametrów modelu zastosowano zarówno rekursywne jak również adaptacyjne algorytmy estymacji. Wyniki identyfikacji pokazują dobre własności otrzymanego modelu w sensie niskich błędów predykcji.The paper presents new results of identification of dynamic properties of the fuel preparation system for a steam boiler BP-1150 operating at "Opole" Electric Power Station. A fuel preparation system, which is an important part of a boiler, creates a number of problems connected with effective control of the boiler system. In order to improve the control performance, the first step is to develop accurate, control-related models of the boiler subsystems (Fig. 1). The results of identification of the other subsystems of the boiler are presented in Refs. [4, 6]. Since the model should be useful for model-based control, there is applied a simple, linear, dynamic model based on orthonormal basis functions (OBF) described by equations (1) (2) and (3) (the Laguerre functions has been used as the OBF). The dominant Laguerre pole p has been determined by means of the stochastic gradient (SG) estimator (presented in equations (4), (5) and (6)). The unknown model parameters are estimated by using classical estimation schemes - recursive/adaptive least squares (RLS/ALS). The results in Table 1 show that the high accuracy of identification has been obtained for the models presented in the paper. However, the performance of the adaptive model is essentially better than that of the recursive one. It is mainly due to the process nonlinearity. Better results can probably be obtained with use of nonlinear models e. g. nonlinear block-oriented models

Modelling and optimization of the force sensor network

The power boiler erection process requires temporary suspending of buckstays (Fig. 1). The aim of buckstays installation is to brace screens of combustion chamber. Suspending of buckstays is performed by means of strand jacks and steel rods. The amount, location and force ranges of each rods are modelled on the basis of static structural strength computations. In the paper the force sensor network incorporated into computer and wireless communication system designed to prevent overloading of the rods resulting from force asymmetry or computational faults is introduced and next subjected to optimization procedure. The operational data delivered by the network and recorded on the system hard drives let the authors perform the correlation analysis and linear regression to reduce the number of sensors. Thus two stage hierarchic algorithm which constructs the set of models for every single sensor and estimates their parameters, and then using genetic procedure minimizes a certain loss function to automate the sensor network optimization process is introduced. As a result, such investigation could significantly reduce cost of the whole system