对PCS基本结构的理解

Outline

一、什么是PCS

二、PCS的系统组成（基础结构+安装、应用的定制代码）

三、PCS的相关软件技术（内存管理、进程调度、实时进程通讯）

四、PCS的硬件架构（主节点+计算节点）

五、PCS软件控制模块（主节点：时序、消息服务，用户界面，波形服务，主机实时进程；计算节点：实时控制进程）

六、等离子体控制要求（电磁、密度控制等）和反馈控制算法

七、PCS中的主要控制算法

八、如何在PCS中集成新的算法

九、PCS与模拟器闭环模拟运行

 

正文

一、什么是PCS

以带低通滤波PID反馈控制方法为主的等离子体实时控制系统，界面由IDL编写，控制代码由C编写，数据存储主要采用MDSPLUS

二、PCS的系统组成（基础结构；安装、应用的定制代码）

1、      基础结构：提供常规和通用的功能，并可在此之上建立定制功能

2、      定制代码：应用用户所需的控制算法

3、      安装定制代码：定义输入输出信号、控制算法以及控制系统中实时节点计算机的安装

三、PCS的相关软件技术（内存管理、进程调度、实时进程通讯）

1、      内存管理：采用了锁内存技术，提高了系统的实时性

2、      进程调度：由PCS基础结构代码通过硬亲和性设置各项控任务在确定的物理CPU上运行，保证了任务执行的实时性

3、      实时进程通讯：采用共享内存方式提高系统的实时性和安全性

四、PCS的硬件架构（主节点+计算节点）

1、      主节点：用户管理，用户界面，为计算节点提供基本网络服务、任务分配管理、监控功能等

2、      计算节点：实时控制计算

五、PCS软件控制模块（主节点：时序、消息服务，用户界面，波形服务，主机实时进程；计算节点：实时控制进程）

1、      用户界面：用于操作人员指定PCS的输入参数，如某放电方案下等离子体参数随时间演化的波形，相应的控制参数等；由IDL编写，对于控制内容进行静态（界面中的Ctgy）和动态（Phase和Sequnence）的组织

2、      波形服务：PCS的中心存储区，存放用户设置等等离子体参数和控制参数

3、      主机实时进程：与实时节点计算机控制进程一一对应，将实时控制代码和数据下载到实时节点计算机上，为放电作准备

4、      时序服务：协调PCS各部分的工作时序；一次放电周期中PCS的执行分为设置、执行、清除3个阶段

5、      消息服务：从其他进程接受日志消息，并显示到用户界面上，并监视其他进程是否正常；通过记录文件和消息窗口2种方式与操作人员和编程人员交互

6、      实时控制进程：计算节点上运行的程序，在放电过程中主要执行如等离子体电流、密度、位置位形等参数的反馈控制算法；涉及实时任务分配（可由PCS基础结构代码实现）、数据获取（来自界面设置、采集数据、计算结果）、实时进程间的通讯（节点内部主要采用锁存技术共享内存，节点间通过myrinet网络传输等方式）、实时控制进程的执行顺序

六、等离子体控制要求（电磁、密度控制等）和反馈控制算法

主要有电磁控制（等离子体电流、位置、位形控制）和密度控制，并广泛采用PID控制

七、PCS中的主要控制算法

PCS中主要有密度控制、线圈电流控制、等离子体电流位置、等磁通控制和实验结果分析、实时位形显示、系统保护等算法

八、如何在PCS中集成新的算法

PCS中用定制代码实现各种控制功能，针对不同的装置，所需的控制内容和方法不同。在PCS中增加新的控制内容，主要涉及目录、算法文件的而编写，确定分配的物理CPU及执行的顺序，数据存储三个方面。

1、      目录、算法文件的而编写

PCS中各控制目录和算法存放在<category>_master、< category >algorithms和<alg>_master命名形式的文件中。对应以下功能：

<category>_master.h：定义在PCS界面上显示的目录名字，及目录下默认的Phase名字和主要的sequence定义，如“primary,secondary”等；

< category >algorithms.h：指定了改目录下所有可选算法对应的文件名；

<alg>_master.h：具体控制算法的实现，一般包括了各种目标向量，PID控制参数、输出控制命令、各种参数内存块、算法的主函数名的定义，其他全局或静态变量的定义，以及算法的初始化代码、主函数代码、清除代码等；

要向PCS添加新的控制算法，需要先编写合适的<alg>_master文件，并把文件名添加到算法文件列表< category >algorithms.h，同时在PCS的Makefile文件添加这些文件。当重新编译PCS时，新的应用会集成到PCS中去。

要添加新的控制目录，还需编写相应的<category>_master.h文件，并将该文件和算法列表文件添加到总目录文件categories.h中

2、      执行位置和顺序

确定执行该算法的物理CPU及先后执行的顺序

3、      数据存储

算法中定义的一些向量，如存放界面预设各类目标向量（target vector）,PID控制参数向量（P vector）、中间计算结果向量（shape vector）以及控制向量等，有些变量需要在放电后存入该次放电相应的Mdsplus中，以便后期数据分析和PCS历史炮的调用等。新实现的控制算法，有关变量只存在波形服务中，即计算机内存中，而没有在Mdsplus上自动创建相应节点，因此需要在PCS运行目录下手动调用函数实现新节点的添加。

九、PCS与模拟器闭环模拟运行

PCS有正常放电运行模、硬件测试、模拟等运行方式。模拟器分为数据模拟（data simserver）和模型模拟（simulation simserver）。PCS与模拟器的闭环运行可以充分验证算法的正确性和性能。2者间通过socket通讯实现数据交互。

参考文献：

1、《基于Linux集群架构的等离子体控制系统》袁旗平 博士论文

2、《Application Programmer’s Guide to the Plasma control system》美国通用原子能所 PCS系统应用程序员手册2008年版

 

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自章勇科学网博客。
链接地址：https://blog.sciencenet.cn/blog-434819-325325.html

上一篇：木桶理论和自创的梯子理论-N久前写的了
下一篇：科岛谍影-小说情节简介--本故事纯属虚构