(19)國家知識產(chǎn)權局(12)發(fā)明專利申請地址230031安徽省合肥市蜀山區(qū)(72)發(fā)明人趙遠哲崔慶龍劉偉宋士花谷語陳志成公司44202一種中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)本發(fā)明公開了一種中性束注入裝置的智能實驗過程中控制中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)數(shù)字孿生體映射中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)中性束注入裝置在當前實驗參數(shù)下的中性束注性能預測模塊性能預測模塊數(shù)字孿生模塊測控模塊CN120215393A權利要求書1/2頁21.一種中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，其特征在于，包括測控模塊、數(shù)字孿生模塊和性能預測模塊；所述測控模塊用于在中性束注入實驗過程中控制中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，并對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)進行管理；所述數(shù)字孿生模塊用于在數(shù)字空間內(nèi)構建所述中性束注入裝置的數(shù)字孿生體，并根據(jù)所述數(shù)字孿生體映射所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)；所述性能預測模塊用于在中性束注入實驗過程中對發(fā)生打火的可能性進行預測，并對所述中性束注入裝置在當前實驗參數(shù)下的中性束注入功率進行預測。2.如權利要求1所述的中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述測控模塊集成控制單元，用于采用分布式控制技術，在中性束注入實驗過程中控制中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，還用于對所述中性束注入裝置的實驗參數(shù)配置信息和實驗控制流程進行集中管理；數(shù)據(jù)管理單元，用于對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)進行管理；其中，所述管理包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)共享。3.如權利要求2所述的中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)管理單元對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)進行管理，具體包括：針對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)采集需求分別進行低速采集和高速采集；采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲格式對低速采集的實驗數(shù)據(jù)和高速采集的實驗數(shù)據(jù)進行存儲，且在實驗運行過程中進行短期存儲，在實驗結束后轉(zhuǎn)換為長期存儲；其中，所述短期存儲的存儲周期小于所述長期存儲的存儲周期；向?qū)嶒炄藛T共享低速采集的實驗數(shù)據(jù)和高速采集的實驗數(shù)據(jù)。4.如權利要求2所述的中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述測控模塊還包括：聯(lián)鎖保護單元，用于在中性束注入實驗過程中對所述中性束注入裝置進行聯(lián)鎖保護；其中，所述聯(lián)鎖保護采用光信號作為故障信號的傳輸媒介。5.如權利要求1所述的中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字孿生模塊包括：虛實數(shù)據(jù)循環(huán)單元，用于實現(xiàn)所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的實際運行數(shù)據(jù)與所述數(shù)字孿生體的虛擬仿真數(shù)據(jù)的雙向循環(huán)；實際數(shù)據(jù)映射單元，用于將所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的實際運行數(shù)據(jù)映射至所述數(shù)字空間；智能狀態(tài)識別單元，用于識別所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)識別結果調(diào)整所述數(shù)字孿生體的運行狀態(tài)。6.如權利要求5所述的中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字孿生模塊還包括：三維可視化單元，用于對所述數(shù)字孿生體的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息進行三維可視化處37.如權利要求1所述的中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字孿生體具備雙運行內(nèi)核，其中一個運行內(nèi)核用于服務所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)的映射，另一個運行內(nèi)核用于服務所述中性束注入裝置的運行性能預測。8.如權利要求1所述的中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述性能預測模塊包括：打火預測單元，用于根據(jù)訓練好的打火預測模型，在中性束注入實驗過程中對發(fā)生打火的可能性進行預測；功率預測單元，用于根據(jù)訓練好的功率預測模型，對所述中性束注入裝置在當前實驗參數(shù)下的中性束注入功率進行預測。9.如權利要求8所述的中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述性能預測模塊還包括：數(shù)據(jù)處理單元，用于構建打火預測數(shù)據(jù)集和功率預測數(shù)據(jù)集，以根據(jù)所述打火預測數(shù)據(jù)集訓練預設的打火預測模型，根據(jù)所述功率預測數(shù)據(jù)集訓練預設的功率預測模型。10.如權利要求9所述的中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元構建打火預測數(shù)據(jù)集和功率預測數(shù)據(jù)集，具體包括：根據(jù)所述中性束注入裝置的運行原理，選擇關鍵參數(shù)作為數(shù)據(jù)集特征；其中，所述關鍵對所述數(shù)據(jù)集特征對應的歷史實驗數(shù)據(jù)進行分析，獲得數(shù)據(jù)集特征值；根據(jù)預設的篩選規(guī)則對所述數(shù)據(jù)集特征值進行篩選，構建打火預測數(shù)據(jù)集和功率預測數(shù)據(jù)集。4技術領域[0001]本發(fā)明涉及大型電物理設備控制技術領域，尤其涉及一種中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)。背景技術[0002]隨著世界人口的不斷增長和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，全球?qū)δ茉吹男枨笠苍诓粩嘣黾?，核聚變技術因其原料充足、輸出效率高、相較于核裂變具有更高的安全性等特性展示了巨大的發(fā)展?jié)摿?，被看作是未來的理想能源形式之一。[0003]托卡馬克是一種采用磁約束實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形磁場裝置，通過產(chǎn)生一個環(huán)形磁場來約束等離子體，將高溫等離子體封閉在環(huán)形的容器內(nèi)。在使用氘氚燃料的核聚變反應中，需要達到勞遜判據(jù)的條件才能實現(xiàn)聚變反應，勞遜判據(jù)一般要求等離子體的溫度達到10~20keV,然而，托卡馬克裝置通常采用歐姆加熱，等離子體的加熱效率又會隨著電子溫度的升高而降低，僅能讓等離子體的溫度達到約3keV,導致等離子體的溫度不能滿足大型設備中氘氚聚變反應的需要。[0004]針對上述問題，電子回旋、離子回旋、低雜波和中性束注入等輔助加熱技術應運而生。中性束注入加熱是托卡馬克加熱手段中物理機制最清晰，加熱效果最明顯的輔助加熱手段，其主要功能是通過將高能中性束注入到托卡馬克裝置中，與托卡馬克裝置本底等離子體發(fā)生碰撞進行能量交換，進而達到加熱托卡馬克裝置本底等離子體的目的。為了更好地實現(xiàn)加熱目的，對中性束注入裝置的控制就尤為重要，但是，現(xiàn)有的中性束注入裝置的控制方案比較落后，特別是伴隨著中性束注入實驗的不斷深入開展，在中性束注入裝置的控制方案的安全性、可靠性、及時性和智能化水平等方面均提出了更高的要求。發(fā)明內(nèi)容[0005]本發(fā)明實施例的目的在于，提供一種中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，通過對中性束注入裝置的實驗過程進行集成控制與管理，并采用數(shù)字孿生體進行實體運行狀態(tài)的映射，以及，對中性束注入裝置進行打火和關鍵實驗參數(shù)的性能預測，能夠提高對中性束注入裝置進行控制的安全性、可靠性、及時性和[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了一種中性束注入裝置的智能化控制系所述測控模塊用于在中性束注入實驗過程中控制中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，并對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)進行管理；所述數(shù)字孿生模塊用于在數(shù)字空間內(nèi)構建所述中性束注入裝置的數(shù)字孿生體，并根據(jù)所述數(shù)字孿生體映射所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)；所述性能預測模塊用于在中性束注入實驗過程中對發(fā)生打火的可能性進行預測，并對所述中性束注入裝置在當前實驗參數(shù)下的中性束注入功率進行預測。5集成控制單元，用于采用分布式控制技術，在中性束注入實驗過程中控制中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，還用于對所述中性束注入裝置的實驗參數(shù)配置信息和實驗控制流程進行集中管理；數(shù)據(jù)管理單元，用于對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)進行管理；其中，所述管理包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)共享。[0008]進一步地，所述數(shù)據(jù)管理單元對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)進行管針對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)采集需求分別進行低速采集和高速采集；采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲格式對低速采集的實驗數(shù)據(jù)和高速采集的實驗數(shù)據(jù)進行存儲，且在實驗運行過程中進行短期存儲，在實驗結束后轉(zhuǎn)換為長期存儲；其中，所述短期存儲的存儲周期小于所述長期存儲的存儲周期；向?qū)嶒炄藛T共享低速采集的實驗數(shù)據(jù)和高速采集的實驗數(shù)據(jù)。聯(lián)鎖保護單元，用于在中性束注入實驗過程中對所述中性束注入裝置進行聯(lián)鎖保護；其中，所述聯(lián)鎖保護采用光信號作為故障信號虛實數(shù)據(jù)循環(huán)單元，用于實現(xiàn)所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的實際運行數(shù)據(jù)與所述數(shù)字孿生體的虛擬仿真數(shù)據(jù)的雙向循環(huán)；實際數(shù)據(jù)映射單元，用于將所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的實際運行數(shù)據(jù)映射至所述數(shù)字空間；智能狀態(tài)識別單元，用于識別所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)識別結果調(diào)整所述數(shù)字孿生體的運行狀態(tài)。三維可視化單元，用于對所述數(shù)字孿生體的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息進行三維可視化處理。[0012]進一步地，所述數(shù)字孿生體具備雙運行內(nèi)核，其中一個運行內(nèi)核用于服務所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)的映射，另一個運行內(nèi)核用于服務所述中性束注入裝置的運行性能預測。打火預測單元，用于根據(jù)訓練好的打火預測模型，在中性束注入實驗過程中對發(fā)生打火的可能性進行預測；功率預測單元，用于根據(jù)訓練好的功率預測模型，對所述中性束注入裝置在當前實驗參數(shù)下的中性束注入功率進行預測。數(shù)據(jù)處理單元，用于構建打火預測數(shù)據(jù)集和功率預測數(shù)據(jù)集，以根據(jù)所述打火預測數(shù)據(jù)集訓練預設的打火預測模型，根據(jù)所述功率預測數(shù)據(jù)集訓練預設的功率預測模型。[0015]進一步地，所述數(shù)據(jù)處理單元構建打火預測數(shù)據(jù)集和功率預測數(shù)據(jù)集，具體包括：根據(jù)所述中性束注入裝置的運行原理，選擇關鍵參數(shù)作為數(shù)據(jù)集特征；其中，所述6對所述數(shù)據(jù)集特征對應的歷史實驗數(shù)據(jù)進行分析，獲得數(shù)據(jù)集特征值；根據(jù)預設的篩選規(guī)則對所述數(shù)據(jù)集特征值進行篩選，構建打火預測數(shù)據(jù)集和功率預測數(shù)據(jù)集。[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明實施例提供了一種中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，包括測控模塊、數(shù)字孿生模塊和性能預測模塊；其中，測控模塊用于在中性束注入實驗過程中控制中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，并對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)進行管理；數(shù)字孿生模塊用于在數(shù)字空間內(nèi)構建中性束注入裝置的數(shù)字孿生體，并根據(jù)數(shù)字孿生體映射中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)；性能預測模塊用于在中性束注入實驗過程中對發(fā)生打火的可能性進行預測，并對中性束注入裝置在當前實驗參數(shù)下的中性束注入功率進行預測。本發(fā)明實施例通過對中性束注入裝置的實驗過程進行集成控制與管理，并對中性束注入裝置進行打火和關鍵實驗參數(shù)的性能預測，能夠提高對中性束注入裝置進行控制的安全性和可靠性，同時，還采用數(shù)字孿生體對中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行運行狀態(tài)的映射，能夠提高對中性束注入裝置進行控制的及時性和智能化水平，從而滿足了中性束注入裝置的智能化運行要求。附圖說明[0017]圖1是本發(fā)明一實施例提供的一種中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)的結構示意圖2是本發(fā)明另一實施例提供的一種中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)的結構示意圖。具體實施方式[0018]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本技術領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。[0019]本發(fā)明實施例提供了一種中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，參見圖1所示，是本發(fā)明一實施例提供的一種中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)的結構示意圖，所述智能化控制系統(tǒng)包括測控模塊、數(shù)字孿生模塊和性能預測模塊；所述測控模塊用于在中性束注入實驗過程中控制中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，并對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)進行管理；所述數(shù)字孿生模塊用于在數(shù)字空間內(nèi)構建所述中性束注入裝置的數(shù)字孿生體，并根據(jù)所述數(shù)字孿生體映射所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)；所述性能預測模塊用于在中性束注入實驗過程中對發(fā)生打火的可能性進行預測，并對所述中性束注入裝置在當前實驗參數(shù)下的中性束注入功率進行預測。[0020]具體的，所述智能化控制系統(tǒng)主要由測控模塊、數(shù)字孿生模塊和性能預測模塊組成；其中，測控模塊主要負責在中性束注入裝置的正常實驗運行期間，控制中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，例如，在源等離體子產(chǎn)生、引出、加速以及高能粒子束中性化與7偏轉(zhuǎn)的過程中，協(xié)調(diào)控制中性束注入裝置的電源系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)的匹配投入與協(xié)同運作，以及，測控模塊還負責對中性束注入裝置實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)進行管理；數(shù)字孿生模塊主要負責在數(shù)字空間內(nèi)構建中性束注入裝置的數(shù)字孿生體，以及，數(shù)字孿生模塊還負責根據(jù)構建好的數(shù)字孿生體在數(shù)字空間內(nèi)映射中性束注入裝置的多模擬和映射各個實體子系統(tǒng)的運行狀態(tài)；性能預測模塊主要負責在中性束注入裝置的實驗運行過程中，對發(fā)生打火現(xiàn)象的可能性進行提前預測，以及，性能預測模塊還負責對中性束注入裝置運行在當前實驗參數(shù)條件下的中性束注入功率進行預測。[0021]需要說明的是，測控模塊可以采用分布式控制技術進行設計，從而實現(xiàn)對中性束注入裝置實驗運行的分散控制和集中管理，并且，測控模塊還可以為中性束注入裝置提供可視化人機交互服務，從而完成中性束注入裝置實驗運行的自動準備和任務調(diào)度。[0022]需要說明的是，數(shù)字孿生模塊可以基于Unity進行開發(fā)設計，或者，也可以采用其他現(xiàn)有技術進行開發(fā)設計，本發(fā)明實施例不作具體限定。[0023]需要說明的是，性能預測模塊針對打火和中性束注入功率產(chǎn)額進行預測，可以避免因?qū)嶒炄藛T經(jīng)驗不足或?qū)嶒瀰?shù)不匹配導致的實驗運行過程中發(fā)生打火現(xiàn)象，并且可以減少中性束注入裝置運行過程中不符合要求的無效炮。[0024]本發(fā)明實施例所提供的一種中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)，通過對中性束注入裝置的實驗過程進行集成控制與管理，并對中性束注入裝置進行打火和關鍵實驗參數(shù)的性能預測，能夠提高對中性束注入裝置進行控制的安全性和可靠性，同時，還采用數(shù)字孿生體對中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行運行狀態(tài)的映射，能夠提高對中性束注入裝置進行控制的及時性和智能化水平，從而滿足了中性束注入裝置的智能化運行要求。[0025]參見圖2所示，是本發(fā)明另一實施例提供的一種中性束注入裝置的智能化控制系統(tǒng)的結構示意圖，在其中一個可選的實施例中，所述測控模塊包括：集成控制單元，用于采用分布式控制技術，在中性束注入實驗過程中控制中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，還用于對所述中性束注入裝置的實驗參數(shù)配置信息和實驗控制流程進行集中管理；數(shù)據(jù)管理單元，用于對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)進行管理；其中，所述管理包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)共享。[0026]具體的，結合上述實施例，測控模塊主要包括集成控制單元和數(shù)據(jù)管理單元；其中，集成控制單元主要采用分布式控制技術，負責在中性束注入裝置的正常實驗運行期間，控制中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，以及，集成控制單元還負責對中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的實驗參數(shù)配置信息(例如，時鐘基準、脈沖時序等)和實驗控制流程進行集中管理；數(shù)據(jù)管理單元主要負責對中性束注入裝置實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)進行數(shù)[0027]需要說明的是，集成控制單元可以基于穩(wěn)定性好、易維護的EPICS(ExperimentalPhysicsandIndustrialControlSystem,實驗物理與工業(yè)控制系統(tǒng))架構進行開發(fā)，采用于中性束注入裝置較多測控位置、較多類型測控設備、不同測控需求等應用場景。[0028]需要說明的是，集成控制單元可以滿足中性束注入裝置遠程可視化集成控制需8求，完成實驗運行的自動準備與任務調(diào)度，并且可以根據(jù)中性束注入裝置的運行特性，制定實驗控制流程，從而保障中性束注入實驗有序、安全開展；集成控制單元還可以為中性束注入裝置的各個子系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時鐘基準，從而保障各個子系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)帶有相同的時間戳；集成控制單元還可以為電源系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)提供精準的脈沖時序，從而控制各個子系統(tǒng)的投入時刻；集成控制單元還可以完成真空系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)的工藝過程監(jiān)控，具備全圖形化本地/遠程監(jiān)控、運行參數(shù)及報警閾值設置、狀態(tài)巡檢及系統(tǒng)間信號互鎖等現(xiàn)場慢控功能；集成控制單元還可以實現(xiàn)電源系統(tǒng)的控制與打火管理，在打火等特殊異步事件發(fā)生時，驅(qū)動電源系統(tǒng)運行；其中，實驗參數(shù)配置信息、實驗控制流程等決定各個子系統(tǒng)安全運行的數(shù)據(jù)交互可以采用傳輸控制協(xié)議(TransmissionControlProtocol,簡稱TCP),而炮號、系統(tǒng)實時狀態(tài)及波形反饋等交互頻繁、需求端較多的狀態(tài)信息交互則可以采用通道訪問(ChannelAccess,簡稱CA)協(xié)議，從而有效保障各個子系統(tǒng)運行的可靠性。[0029]在其中一個可選的實施例中，所述數(shù)據(jù)管理單元對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的針對中性束注入實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)采集需求分別進行低速采集和高速采集；采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲格式對低速采集的實驗數(shù)據(jù)和高速采集的實驗數(shù)據(jù)進行存儲，且在實驗運行過程中進行短期存儲，在實驗結束后轉(zhuǎn)換為長期存儲；其中，所述短期存儲的存儲周期小于所述長期存儲的存儲周期；向?qū)嶒炄藛T共享低速采集的實驗數(shù)據(jù)和高速采集的實驗數(shù)據(jù)。[0030]具體的，結合上述實施例，數(shù)據(jù)管理單元在對中性束注入裝置實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)進行管理時，針對中性束注入裝置實驗過程中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理單元可以根據(jù)數(shù)據(jù)采集需求(例如，低速采集需求、高速采集需求等)對不同的實驗數(shù)據(jù)分別進行低速采集和高速采集，并采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲格式，對低速采集獲得的實驗數(shù)據(jù)和高速采集獲得的實驗數(shù)據(jù)進行存儲，存儲分為短期存儲和長期存儲，在實驗運行過程中可以對低速采集獲得的實驗數(shù)據(jù)和高速采集獲得的實驗數(shù)據(jù)進行短期存儲，而在實驗結束之后，即可將短期存儲的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為長期存儲，例如，實驗結束后可將短期存儲的數(shù)據(jù)傳輸?shù)介L期數(shù)據(jù)檔案中進行存儲，以保證對歷史實驗數(shù)據(jù)的訪問不影響束引出實驗過程中的數(shù)據(jù)歸檔操作的執(zhí)行，可以理解的，短期存儲的存儲周期小于長期存儲的存儲周期；此外，數(shù)據(jù)管理單元還可以向?qū)嶒炄藛T共享低速采集獲得的實驗數(shù)據(jù)和高速采集獲得的實驗數(shù)據(jù)，例如，為實驗人員提供獲得所有實驗數(shù)據(jù)的工具和方法(為實驗人員提供圖形化數(shù)據(jù)訪問界面、數(shù)據(jù)在線處理接口和數(shù)據(jù)離線訪問接口等),以便于實驗數(shù)據(jù)的在線管理和離線訪問。[0031]示例性的，僅在每炮實驗運行階段需要采集的低帶寬信號，例如射頻功率源、偏置電源、磁場電源信號等，具有低速采集需求，則可進行低速采集；受打火等故障異步事件驅(qū)動觸發(fā)的高帶寬信號，例如加速電源信號等，具有高速采集需求，則可進[0032]示例性的，針對打火瞬間關鍵信號可以進行高速采集，以精確表征打火瞬間的波形變化，從而為打火原因分析提供可靠的數(shù)據(jù)支持。[0033]需要說明的是，數(shù)據(jù)管理單元可以基于MDSplus(ModelDriveSystemplus,模型驅(qū)動的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))進行開發(fā)，實現(xiàn)對中性束注入裝置的實驗數(shù)據(jù)的低速采集和高速采9集，并且具有對實驗過程中的高壓電壓、電流等關鍵實驗參數(shù)進行實時監(jiān)控的功能；數(shù)據(jù)管理單元還可以根據(jù)實驗運行模式開通不同的采集通道(例如，GAS(氣體)模式下只開通進氣進氣、入射功率、反射功率、加速電壓、加速電流等所有連接的測量通道),從而減少數(shù)據(jù)采集量，進而節(jié)約數(shù)據(jù)存儲空間；數(shù)據(jù)管理單元還可以采用多線程并行處理方式進行數(shù)據(jù)分段并行傳輸，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)共享的實時性；數(shù)據(jù)管理單元還可以通過硬件觸發(fā)方式實現(xiàn)打火時刻對標，便于打火事件的定位和追蹤；數(shù)據(jù)管理單元還可以采用MDSplus“時間片”技術來解決穩(wěn)態(tài)大規(guī)模數(shù)據(jù)的實時處理問題。[0034]進一步的，數(shù)據(jù)管理單元還將中性束注入裝置的實驗數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲格式和數(shù)據(jù)訪問格式進行了統(tǒng)一，并將實驗數(shù)據(jù)劃分成樹的結構進行存儲，每個樹包含有若干個按層次排列的結點，用戶能靈活組織樹的結構，且數(shù)據(jù)管理單元提供的分段存儲方式適合處理中性束注入裝置的長脈沖實驗數(shù)據(jù)，來自所有平臺的數(shù)據(jù)都能夠以相同的格式和相同的API(ApplicationProgrammingInterface,應用程序編程接口)進行存儲。聯(lián)鎖保護單元，用于在中性束注入實驗過程中對所述中性束注入裝置進行聯(lián)鎖保護；其中，所述聯(lián)鎖保護采用光信號作為故障信號[0036]具體的，結合上述實施例，測控模塊除了包括集成控制單元和數(shù)據(jù)管理單元之外，還包括聯(lián)鎖保護單元，聯(lián)鎖保護單元主要負責在中性束注入裝置的實驗過程中，對中性束注入裝置進行聯(lián)鎖保護，以保障非正常情況下中性束注入裝置的安全。[0037]需要說明的是，聯(lián)鎖保護單元可以采用光信號作為電源系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)等各個子系統(tǒng)所產(chǎn)生的故障信號的隔離傳輸媒介，從而有效提升信號傳輸?shù)腫0038]需要說明的是，聯(lián)鎖保護單元可以基于硬件邏輯電路進行開發(fā)，針對中性束注入裝置的各個不同的子系統(tǒng)的特點，可以將聯(lián)鎖對象分為快速故障和慢速故障兩大類，并且針對不同類別的聯(lián)鎖信號，可以分別采用FPGA(Field-ProgrammableGateArray,現(xiàn)場可編程門陣列)和PLC(ProgrammableLogicController,可編程邏輯控制器)作為主控制器，由FPGA負責處理快速故障的聯(lián)鎖信號，由PLC負責處理慢速故障的聯(lián)鎖信號，再配合底層硬件電路，即可實現(xiàn)聯(lián)鎖信號的快速響應。[0039]需要說明的是，聯(lián)鎖保護單元還具備遠程監(jiān)控、日志記錄、故障鎖存、故障報警與故障追蹤等功能，例如，可以對中性束注入裝置的各個子系統(tǒng)(如電源系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)等子系統(tǒng))的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，以在出現(xiàn)故障時進行故障報警和聯(lián)鎖保護，便于故障追蹤與問題排查；聯(lián)鎖保護單元還具備故障屏蔽功能，必要時可以對特定狀態(tài)進行屏蔽處理，以便于中性束注入裝置的前期調(diào)試；聯(lián)鎖保護單元還具備實驗運行模式識別功能，可以根據(jù)不同的實驗運行模式制定不同的聯(lián)鎖保護策略，從而為非正常情況下中性束注入裝置的安全提供更加多樣、全面的保障，使得中性束注入裝置更加安全可靠運行。虛實數(shù)據(jù)循環(huán)單元，用于實現(xiàn)所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的實際運行數(shù)據(jù)與所述數(shù)字孿生體的虛擬仿真數(shù)據(jù)的雙向循環(huán)；實際數(shù)據(jù)映射單元，用于將所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的實際運行數(shù)據(jù)映射至所述數(shù)字空間；智能狀態(tài)識別單元，用于識別所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)識別結果調(diào)整所述數(shù)字孿生體的運行狀態(tài)。[0041]具體的，結合上述實施例，數(shù)字孿生模塊主要包括虛實數(shù)據(jù)循環(huán)單元、實際數(shù)據(jù)映射單元和智能狀態(tài)識別單元；其中，虛實數(shù)據(jù)循環(huán)單元主要負責實現(xiàn)中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的實際運行數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生體的虛擬仿真數(shù)據(jù)的雙向循環(huán)；實際數(shù)據(jù)映射單元主要負責將中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的實際運行數(shù)據(jù)映射至數(shù)字空間；智能狀態(tài)識別單元主要負責識別中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)獲得的識別結果調(diào)整數(shù)字孿生體的運行狀態(tài)。[0042]需要說明的是，虛實數(shù)據(jù)循環(huán)單元承擔著物理世界與數(shù)字世界之間數(shù)據(jù)交互的橋梁作用，可以實現(xiàn)實際數(shù)據(jù)與虛擬數(shù)據(jù)的共同循環(huán)，以打通現(xiàn)實與虛擬的連接渠道，方便后續(xù)完成中性束注入裝置的三維可視化復刻、映射和反演；進一步的，虛實數(shù)據(jù)循環(huán)單元不僅可以將中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)(即實體系統(tǒng))的實時運行數(shù)據(jù)(例如，離子源的運行數(shù)據(jù)、高壓電源狀態(tài)、真空系統(tǒng)數(shù)值和水冷系統(tǒng)數(shù)據(jù)等)上傳至數(shù)字孿生體，還可以將數(shù)字孿生體產(chǎn)生的虛擬仿真結果反饋至實體控制模塊(例如，本發(fā)明實施例中的測控模塊),以形成雙向數(shù)據(jù)流動的閉環(huán)。[0043]示例性的，虛實數(shù)據(jù)循環(huán)單元的核心是一個基于IoTDB(InternetofThingsDatabase,物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫)所構建的時序數(shù)據(jù)庫。[0044]需要說明的是，實際數(shù)據(jù)映射單元是數(shù)字孿生模塊的關鍵樞紐，負責將實體系統(tǒng)的多維數(shù)據(jù)精準映射到數(shù)字空間中，可以實現(xiàn)將實體系統(tǒng)的實際運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)等信息映射至數(shù)字空間，方便全局信息把握及實時控制；在數(shù)據(jù)同步方面，實際數(shù)據(jù)映射單元可以采用多通訊模組，包括基于實驗物理與工業(yè)控制系統(tǒng)的EPICSChannelAccess協(xié)議、S7.Net協(xié)議和TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)協(xié)議以完成高效的數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)的實時性和低延遲性，同時，實際數(shù)據(jù)映射單元涉及底層和上層設備，因此具備一定的數(shù)據(jù)融合能力，能夠整合來自不同來源的異構數(shù)據(jù)，并通過在性能預測模塊中完成(借助性能預測模塊中的數(shù)據(jù)處理單元完成)數(shù)據(jù)清[0045]示例性的，實際數(shù)據(jù)映射單元首先對原始數(shù)據(jù)進行預處理，包括數(shù)據(jù)清洗(噪點抑制)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(統(tǒng)一格式),隨后利用實時通信技術將實體系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息與數(shù)字孿生體以及對應面板的信息進行動態(tài)綁定。[0046]需要說明的是，智能狀態(tài)識別單元是數(shù)字孿生模塊的核心基礎，負責實時監(jiān)控實鍵實體系統(tǒng)的實際運行數(shù)據(jù)，并基于模式識別技術構建狀態(tài)識別算法，對實際運行數(shù)據(jù)進行分析處理，該狀態(tài)識別算法能夠自動識別實體系統(tǒng)的運行模式(涉及到離子源的進氣、弧壓、射頻、出束和測試),并根據(jù)識別結果及時調(diào)整數(shù)字孿生體的仿真運行狀態(tài)，確保其與實體系統(tǒng)保持高度同步。[0047]結合圖2所示，在其中一個可選的實施例中，所述數(shù)字孿生模塊還包括：三維可視化單元，用于對所述數(shù)字孿生體的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息進行三維可視化處理。11[0048]具體的，結合上述實施例，數(shù)字孿生模塊除了包括虛實數(shù)據(jù)循環(huán)單元、實際數(shù)據(jù)映射單元和智能狀態(tài)識別單元之外，還包括三維可視化單元，三維可視化單元主要負責對數(shù)字孿生體的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息進行三維可視化處理，實現(xiàn)數(shù)字孿生體的動態(tài)模擬和數(shù)字化運行。[0049]需要說明的是，三維可視化單元可以基于先進的圖形渲染引擎Unity3D完成，構建高保真的三維虛擬環(huán)境，并支持實時動態(tài)渲染。三維可視化單元為用戶提供了直觀、交互式的數(shù)字孿生體展示界面，用戶可通過該展示界面直觀地觀察數(shù)字孿生體的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，從而進一步提升人機交互效率。[0050]需要說明的是，三維可視化單元支持多層級的數(shù)據(jù)映射，既能展示宏觀的實體系統(tǒng)運行狀態(tài)，也能深入微觀層面分析特定部件的性能表現(xiàn)，滿足不同用戶的觀察需求。[0051]在其中一個可選的實施例中，所述數(shù)字孿生體具備雙運行內(nèi)核，其中一個運行內(nèi)核用于服務所述中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)的映射，另一個運行內(nèi)核用于服務所述中性束注入裝置的運行性能預測。[0052]具體的，結合上述實施例，數(shù)字孿生模塊在數(shù)字空間內(nèi)構建的中性束注入裝置的數(shù)字孿生體，具備雙運行內(nèi)核，其中一個運行內(nèi)核用于為中性束注入裝置的多個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)的映射提供服務，另一個運行內(nèi)核用于為中性束注入裝置的運行性能(例如，離子源運行性能)預測提供服務。[0053]需要說明的是，數(shù)字孿生模塊在數(shù)字空間內(nèi)構建了中性束注入裝置的數(shù)字孿生體，以動態(tài)反應實體系統(tǒng)的運行狀態(tài)、反饋實驗數(shù)據(jù)和映射實體系統(tǒng)的運行信息為目標，搭建了具備雙運行內(nèi)核的，且具備數(shù)字化場景能力和人工智能預測能力的耦合場綜合數(shù)字化系統(tǒng)，其中，基于人工智能運行內(nèi)核的子系統(tǒng)能夠為性能預測模塊提供外化接口，以降低實[0054]除此以外，在以人工智能為運行內(nèi)核的子系統(tǒng)中不僅支持單變量和多變量下的離子源運行性能預測，而且可以通過交互操作(如縮放、旋轉(zhuǎn)、分解等)了解實體系統(tǒng)的結構組[0055]需要說明的是，數(shù)字孿生模塊可以通過預先構建的狀態(tài)識別算法實現(xiàn)對各個關鍵實體系統(tǒng)的運行狀態(tài)的自動捕獲和映射，針對虛實數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)集存儲管理，通過IoTDB構建抽象時序數(shù)據(jù)庫以滿足大容量、實時性需求；數(shù)字孿生模塊還可以利用自設計的數(shù)據(jù)映射算法，將實時運行數(shù)據(jù)映射至前端三維控制面板，以為實驗人員提供直觀的交互界面，同時為離子源提供動態(tài)三維視覺效果。打火預測單元，用于根據(jù)訓練好的打火預測模型，在中性束注入實驗過程中對發(fā)生打火的可能性進行預測；功率預測單元，用于根據(jù)訓練好的功率預測模型，對所述中性束注入裝置在當前實驗參數(shù)下的中性束注入功率進行預測。[0057]具體的，結合上述實施例，性能預測模塊主要包括打火預測單元和功率預測單元；其中，打火預測單元主要負責根據(jù)訓練好的打火預測模型，在中性束注入裝置的實驗運行過程中，對發(fā)生打火現(xiàn)象的可能性進行提前預測；功率預測單元主要負責根據(jù)訓練好的功率預測模型，對中性束注入裝置運行在當前實驗參數(shù)條件下的中性束注入功率進行預測。[0058]需要說明的是，針對中性束注入裝置打火預測這一分類問題，結合機器學習方法，構建基于隨機森林的打火預測模型并進行模型訓練，可以實現(xiàn)在特定的實驗環(huán)境中準確評估引發(fā)打火的可能性。[0059]示例性的，實現(xiàn)在特定的實驗環(huán)境中準確評估引發(fā)打火的可能性的具體實現(xiàn)過程如下：首先，獲取所需的歷史實驗數(shù)據(jù)(需要獲取的歷史實驗數(shù)據(jù)包括：射頻電源設定功率、一條歷史實驗數(shù)據(jù)的類型分為打火和不打火；之后，并非將處理后的歷史實驗數(shù)據(jù)直接輸入打火預測模型，而是將離子源工作設定參數(shù)(包括：射頻電源功率、電壓、引出電壓和加速電壓)輸入到訓練好的打火預測模型中，模型就會判定處于該設定參數(shù)下的離子源是否會出現(xiàn)打火現(xiàn)象。[0060]需要說明的是，針對中性束注入裝置功率預測這一非線性回歸問題，結合深度學習方法，分別構建了基于反向傳播的多層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡、基于注意力機制的深度神經(jīng)網(wǎng)絡以及基于注意力機制的長短期記憶網(wǎng)絡的功率預測模型，并通過驗證集和測試集分別對不同模型進行泛化效果對比，然后選擇預測性能最佳的基于注意力機制的深度神經(jīng)網(wǎng)絡模型作為最終的功率預測模型，以實現(xiàn)在正常束引出情況下對中性束注入功率產(chǎn)額的精準估[0061]示例性的，實現(xiàn)在正常束引出情況下對中性束注入功率產(chǎn)額的精準估算的具體實現(xiàn)過程如下：首先，獲取所需歷史實驗數(shù)據(jù)(需要獲取的歷史實驗數(shù)據(jù)包括：射頻電源設定出電流、共引出電子電流、H-離子電流和脈寬);接著，將獲得的歷史實驗數(shù)據(jù)取引出電壓投入后的均值，并通過這些均值數(shù)據(jù)訓練功率預測模型；在評估完模型效果后，通過將離子源訓練好的功率預測模型中，模型就會預測在該設定參數(shù)下的中性束注入功率產(chǎn)額。數(shù)據(jù)處理單元，用于構建打火預測數(shù)據(jù)集和功率預測數(shù)據(jù)集，以根據(jù)所述打火預測數(shù)據(jù)集訓練預設的打火預測模型，根據(jù)所述功率預測數(shù)據(jù)集訓練預設的功率預測模型。[0063]具體的，結合上述實施例，性能預測模塊除了包括打火預測單元和功率預測單元之外，還包括數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元主要負責構建打火預測數(shù)據(jù)集和功率預測數(shù)據(jù)集，以根據(jù)構建的打火預測數(shù)據(jù)集訓練預設的打火預測模型，根據(jù)構建的功率預測數(shù)據(jù)集訓練預設的功率預測模型。[0064]需要說明的是，打火預測數(shù)據(jù)集主要用于訓練、驗證與評估當前參數(shù)組合是否可能導致打火現(xiàn)象的發(fā)生，功率預測數(shù)據(jù)集主要用于訓練、驗證與評估當前參數(shù)大概率不會發(fā)生打火的狀態(tài)下可能會產(chǎn)生的注入功率；可以理解的，為了減少模型的泛化誤差，可以將預測數(shù)據(jù)集(即打火預測數(shù)據(jù)集和功率預測數(shù)據(jù)集)劃分為訓練集、驗證集和測試集，訓練集用于模型訓練階段，驗證集用于評估模型效果并調(diào)整模型的超參數(shù)，使模型在驗證集上工作的最好，測試集用于得到一些最終的評價指標。[0065]需要說明的是，在打火預測模型的訓練過程中，可以通過混淆矩陣、準確度、精確度、召回率、F1分數(shù)(用于綜合考量模型的識別能力和覆蓋能力，是精確率和召回率的調(diào)和平均數(shù))以及ROC曲線(繪制不同閾值下的真正例率與假正例率之間的關系，用來判別模型的分類性能),對打火預測模型的模型性能進行評估。[0066]在其中一個可選的實施例中，所述數(shù)據(jù)處理單元構建打火預測數(shù)據(jù)集和功率預測根據(jù)所述中性束注入裝置的運行原理，選擇關