磁约束等离子体是一个高度自组织的非线性体系。非线性的托卡马克等离子体体系中形成了丰富的等离子体结构。等离子体结构与平衡自洽,决定了最终的等离子体态。未来托卡马克燃烧等离子体碰撞率低,系统的波动性特征将更显著。基于EAST高温度低碰撞运行区间的氘-氘等离子体实验,本文研究了芯区等离子体结构之间、等离子体结构与平衡之间的动理学关系,并探索了有利于聚变实现的非线性系统控制方案。湍流-流系统是托卡马克非线性等离子体系统基本的子系统,它的演化直接关系到等离子体的反常输运。（1）首先研究了湍流与等离子体流相互作用的基本机制。通过实验本文阐明了湍流驱动自发旋转、E×B流剪切去相关、湍流与低频带状流非线性耦合的作用机制。（2）之后研究了湍流-流系统对约束输运的影响。通过ECRH调节电子尺度的湍流,实验发现TEM模主导的湍流具有反常的粒子pinch效应。此外,在高功率电子加热的条件观测到ETG模和TEM模驱动的湍流与电子通道的热输运同步增加的实验结果。（3）最后结合约束输运研究了湍流-流系统的控制方案。在NBI注入的条件下通过调节电子尺度的湍流实现了等离子体芯区局域的密度峰化因子的调制。在低频带状流迅速增长的实验中,发现了高波数湍流的抑制和电子温度输运垒（e-ITB）的形成。阿尔芬本征模是托卡马克非线性等离子体系统中重要的等离子体结构,阿尔芬本征模物理是高能粒子物理的分支。（1）首先研究了阿尔芬本征模与湍流-流系统相互作用的物理机制。在高温低密度等离子体中施加一定强度的磁扰动,发现了等离子体芯区湍流与环向阿尔芬本征模（TAE）的耦合、TAE与低频带状流的耦合。通过监测发现耦合阶段阿尔芬本征模可以调节湍流和低频带状流中自由能的分配。（2）之后研究了阿尔芬本征模与高能离子约束的关系。实验发现环向阿尔芬本征模幅度降低之后高能离子的约束显著改善。实验结果暗示着阿尔芬本征模可能促进高能离子排出。（3）最后结合高能离子约束、约束输运研究了阿尔芬本征模与湍流的控制方案。通过施加磁扰动实现了电子通道和离子通道的热输运改善、高能离子约束改善,阿尔芬本征模不稳定性、湍流输运得到综合的控制。撕裂模（TMs）是托卡马克非线性等离子体系统中重要的等离子体结构,撕裂模关系到等离子体的稳定运行和高参数获取。（1）首先研究了稳定的撕裂模、失稳的撕裂模与湍流的相互作用机制。在实验上发现在撕裂模处于准稳态的条件下,等离子体芯区电子尺度湍流增长到一定强度之后可以触发撕裂模的耦合（1/1模和2/1模）。在撕裂模非线性发展锁模并导致破裂的过程中,发现了等离子体芯区不稳定的撕裂模可以调制电子模湍流的强度,高强度的湍流和弱的等离子体流可以解释撕裂模锁模导致的热淬灭过程。（2）之后研究了撕裂模通过调节湍流-流系统来改善约束输运的过程。实验上观测到有限幅度的、耦合的撕裂模可以调节湍流和等离子体流的自由能分配,增强等离子体流并改善电子热输运。（3）最后研究了撕裂模的控制。通过ECRH进行局域的控制实现了等离子体流的增长和撕裂模的抑制,并且得到了等离子体流可能有益于撕裂模的抑制的结论。本文剖析了托卡马克非线性等离子体系统中部分重要的物理机制,针对约束输运、高能粒子物理、磁流体不稳定性相关问题的提出了优化思路和工程控制建议,本文工作对ITER和CFETR装置的研究有参考价值。