本發(fā)明涉及核聚變托卡馬克裝置控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、在核聚變托卡馬克裝置中，電磁測量診斷是實時監(jiān)測等離子體狀態(tài)、實現(xiàn)平衡重建及主動控制的核心技術(shù)手段。磁探針和磁通環(huán)等診斷通過測量磁場和磁通信號，為等離子體邊界形狀、電流分布等關(guān)鍵參數(shù)的識別提供數(shù)據(jù)支撐。這些參數(shù)的精確重建直接決定了托卡馬克裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性與性能優(yōu)化。然而，隨著聚變堆工程向規(guī)?；c實用化發(fā)展，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜性顯著增加（如增殖包層、遙操作系統(tǒng)的引入），導(dǎo)致可用于部署電磁診斷的物理窗口大幅減少。同時，聚變堆的強(qiáng)輻射環(huán)境與工程約束使得診斷系統(tǒng)的維護(hù)與更換成本劇增。在此背景下，如何在有限的診斷窗口內(nèi)優(yōu)化電磁測量診斷的配置，以兼顧平衡重建精度與工程可行性，成為亟待解決的技術(shù)難題。

2、目前，托卡馬克裝置中電磁測量診斷的優(yōu)化主要依賴于奇異值分解（svd）方法。該方法通過構(gòu)建診斷信號矩陣，利用奇異值分析確定重建等離子體參數(shù)所需的最少診斷數(shù)量，并通過線性組合篩選冗余診斷。然而，現(xiàn)有技術(shù)存在以下局限性：

3、數(shù)據(jù)依賴性高：svd方法需基于大量不同放電條件下的實驗數(shù)據(jù)構(gòu)建矩陣，而新裝置設(shè)計階段僅能依賴模擬數(shù)據(jù)，導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果的可靠性受限；

4、診斷互補(bǔ)性忽略：svd方法分別對磁探針和磁通環(huán)進(jìn)行優(yōu)化，未考慮兩類診斷在信號特征與信息貢獻(xiàn)上的協(xié)同效應(yīng)，可能導(dǎo)致次優(yōu)配置；

5、組合爆炸問題：對于包含數(shù)十個診斷的托卡馬克裝置（如east裝置的73個電磁診斷），svd需遍歷數(shù)千種組合方案，計算復(fù)雜度極高，難以實際應(yīng)用；

6、動態(tài)適應(yīng)性不足：現(xiàn)有方法未量化診斷信息量的動態(tài)變化，無法適應(yīng)不同放電階段或異常工況下的優(yōu)化需求。

7、此外，未來聚變堆的強(qiáng)輻射環(huán)境與緊湊工程布局進(jìn)一步放大了上述問題。傳統(tǒng)優(yōu)化方法難以在減少診斷數(shù)量的同時，保障平衡重建精度與系統(tǒng)魯棒性，嚴(yán)重制約了聚變堆的經(jīng)濟(jì)性與可維護(hù)性。

8、綜上所述，本申請?zhí)岢鲆环N基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)中存在目前托卡馬克裝置中電磁測量診斷的優(yōu)化存在局限的問題，提出一種基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法，包括以下步驟：

3、s1、利用efit程序設(shè)計托卡馬克裝置的放電平衡，并生成對應(yīng)的磁探針和磁通環(huán)的電磁測量診斷信號；

4、s2、基于所述電磁測量診斷信號，構(gòu)建貝葉斯平衡重建模型，所述模型通過貝葉斯公式將平衡參數(shù)的后驗概率與先驗概率及診斷的似然概率相關(guān)聯(lián)；

5、s3、通過所述貝葉斯平衡重建模型，量化每個電磁測量診斷在平衡重建中提供的信息量，所述信息量通過后驗概率的不確定度變化進(jìn)行度量；

6、s4、逐步減少信息量低于預(yù)設(shè)閾值的電磁測量診斷，并通過所述貝葉斯平衡重建模型驗證優(yōu)化后的診斷配置是否滿足平衡重建精度要求；

7、s5、利用efit程序?qū)?yōu)化后的診斷配置進(jìn)行交叉驗證，確保其滿足等離子體控制需求。

8、可選的，步驟s1中所述efit程序設(shè)計的放電平衡包括已知的等離子體邊界形狀和磁通分布，并通過畢奧-薩法爾定理生成對應(yīng)的磁探針和磁通環(huán)信號。

9、可選的，所述s2中，所述模型通過貝葉斯公式將平衡參數(shù)的后驗概率與先驗概率及診斷的似然概率相關(guān)聯(lián)具體表示為：

10、其中，為診斷數(shù)量，所述似然概率基于診斷信號與平衡參數(shù)的物理關(guān)系獨(dú)立計算。

11、可選的，步驟s3中所述不確定度的量化方法為：

12、在保留全部診斷時，計算平衡參數(shù)的后驗概率不確定度作為基準(zhǔn)值；

13、逐一減少單個診斷后重新計算不確定度，其與基準(zhǔn)值的差值作為該診斷的信息量指標(biāo)。

14、可選的，步驟s4中所述預(yù)設(shè)閾值根據(jù)托卡馬克裝置的控制需求動態(tài)調(diào)整，具體通過平衡重建誤差與診斷數(shù)量的權(quán)衡曲線確定。

15、可選的，步驟s5中所述交叉驗證包括：

16、將優(yōu)化后的診斷配置輸入efit程序進(jìn)行平衡重建；

17、對比貝葉斯模型與efit程序的重建結(jié)果，若誤差在允許范圍內(nèi)，則確認(rèn)優(yōu)化方案有效。

18、可選的，所述電磁測量診斷包括磁探針和磁通環(huán)，所述貝葉斯平衡重建模型通過聯(lián)合概率分布對磁探針和磁通環(huán)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合建模，用于反映兩者在平衡重建中的協(xié)同作用。

19、可選的，所述貝葉斯平衡重建模型中設(shè)定平衡參數(shù)的先驗概率為固定分布，約束后驗概率的不確定度變化僅與電磁測量診斷的數(shù)量或位置變化相關(guān)。

20、可選的，所述優(yōu)化方法可應(yīng)用于托卡馬克裝置的設(shè)計階段或運(yùn)行階段，其中：

21、設(shè)計階段基于efit程序生成的模擬放電數(shù)據(jù)優(yōu)化診斷配置；

22、運(yùn)行階段基于實時采集的電磁測量診斷信號動態(tài)調(diào)整診斷配置。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

24、?(1)構(gòu)建電磁測量診斷在平衡重建中提供信息量的函數(shù)關(guān)系

25、利用貝葉斯方法給出重建的參數(shù)的不確定度來量化每一個診斷提供的信息量。通過固定先驗概率，來保證后驗概率給出的不確定度隨基于診斷的似然概率的變化而改變。每一次減少一個診斷帶來的不確定度的變化可以定量反映出減少的診斷在平衡重建中的信息量。

26、(2)對不同的診斷進(jìn)行統(tǒng)一建模

27、貝葉斯方法通過聯(lián)合概率的方式實現(xiàn)不同診斷的統(tǒng)一建模，綜合考慮不同診斷之間信息互補(bǔ)的情況。

28、(3)通過交叉驗證的方式來改善優(yōu)化方案

29、不同的平衡重建模型在基于同樣診斷的條件下重建的平衡參數(shù)精度存在區(qū)別，通過交叉驗證可以有效避免由于不同平衡重建模型對診斷的需求不一致造成的平衡重建精度不足的問題。

30、本發(fā)明提出利用貝葉斯不確定度實現(xiàn)對托卡馬克裝置中磁探針和磁通環(huán)診斷的優(yōu)化，可以對不同的診斷進(jìn)行統(tǒng)一的建模，綜合考慮不同診斷在平衡重建中的影響，并利用后驗概率給出的不確定度量化診斷提供的信息量，基于該信息量可以對診斷進(jìn)行高效的優(yōu)化，具有較強(qiáng)的普適性。

技術(shù)特征：

1.一種基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s1中所述efit程序設(shè)計的放電平衡包括已知的等離子體邊界形狀和磁通分布，并通過畢奧-薩法爾定理生成對應(yīng)的磁探針和磁通環(huán)信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法，其特征在于，所述s2中，所述模型通過貝葉斯公式將平衡參數(shù)的后驗概率與先驗概率及診斷的似然概率相關(guān)聯(lián)具體表示為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s3中所述不確定度的量化方法為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s4中所述預(yù)設(shè)閾值根據(jù)托卡馬克裝置的控制需求動態(tài)調(diào)整，具體通過平衡重建誤差與診斷數(shù)量的權(quán)衡曲線確定。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s5中所述交叉驗證包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法，其特征在于，所述電磁測量診斷包括磁探針和磁通環(huán)，所述貝葉斯平衡重建模型通過聯(lián)合概率分布對磁探針和磁通環(huán)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合建模。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法，其特征在于，所述貝葉斯平衡重建模型中設(shè)定平衡參數(shù)的先驗概率為固定分布。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及核聚變托卡馬克裝置控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于貝葉斯不確定度的托卡馬克電磁測量診斷優(yōu)化方法。其技術(shù)方案包括利用EFIT程序設(shè)計托卡馬克裝置的放電平衡，并生成對應(yīng)的磁探針和磁通環(huán)的電磁測量診斷信號；基于所述電磁測量診斷信號，構(gòu)建貝葉斯平衡重建模型，所述模型通過貝葉斯公式將平衡參數(shù)的后驗概率與先驗概率及診斷的似然概率相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明提出利用貝葉斯不確定度實現(xiàn)對托卡馬克裝置中磁探針和磁通環(huán)診斷的優(yōu)化，可以對不同的診斷進(jìn)行統(tǒng)一的建模，綜合考慮不同診斷在平衡重建中的影響，并利用后驗概率給出的不確定度量化診斷提供的信息量，基于該信息量可以對診斷進(jìn)行高效的優(yōu)化，具有較強(qiáng)的普適性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉自結(jié),劉少清,郭和茹,肖炳甲,黃燿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥綜合性國家科學(xué)中心能源研究院（安徽省能源實驗室）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8