Optimization of modular and helical coils applying genetic algorithm and fully-three-dimensional B-spline curves
Optimization of modular and helical coils applying genetic algorithm and fully-three-dimensional B-spline curves
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应用遗传算法和全三维 B 样条曲线优化模块化螺旋线圈
DOI：
10.1088/1741-4326/ac1ae2
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
3.3
通讯作者：
W7-X Team the
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yamaguchi Hiroyuki;Satake Shinsuke;Nakata Motoki;Shimizu Akihiro;Suzuki Yasuhiro;W7-X Team the
提出了一种新的仿星器外线圈设计的数值方法。在这种方法中，使用不一定约束在绕组表面上的全三维B样条曲线来表示辅助线圈的形状。B样条曲线的控制点与线圈位置和电流一起优化，以最小化目标函数，该函数使用法向场分量和工程约束定义。采用遗传算法来最小化目标函数的任意组合的模块化，螺旋形，圆形极向场线圈，而不给出任何具体的初始猜测线圈形状。在此基础上提出了一种新的基于点序列的数字编码遗传优化算法，并成功地对CFQS和温德尔斯坦7-X仿星器的模块线圈进行了优化。我们还发现了一种特殊的螺旋线圈排列模式，可以复制这些优化的仿星器，同时在封闭的磁表面之外创建偏滤器腿。
A new numerical method for designing the external coils of a stellarator is presented. In this method, the shape of filamentary coils is expressed using fully three-dimensional B-spline curves that are not necessarily constrained on a winding surface. The control points of B-spline curves are optimized together with the coil position and current to minimize an objective function, which is defined using normal field components and engineering constraints. The genetic algorithm is employed to minimize the objective function for arbitrary combinations of modular, helical, and circular poloidal field coils without giving any specific initial guess of coil shapes. A new numerical code genetic optimizer using sequence of points for external coil is developed on the basis of this method, and successfully found optimized modular coils for the stellarators CFQS and Wendelstein 7-X. We also found a specific pattern of helical coil arrangement that can reproduce these optimized stellarators while creating divertor legs outside of the closed magnetic surfaces.
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DOI：
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