230 MeV超导回旋加速器高频低电平系统设计与桌面实验研究

中国原子能科学研究院正在研发一台230 MeV医用超导回旋加速器,用于天津肿瘤医院的质子治疗项目。为满足加速器高频系统的腔体负载Dee电压稳定度、高频频率稳定度及加速电压幅度平衡度的要求,本文研制一套包含模拟数字混合型幅度环、数字型调谐环和数字型电压平衡环3个环路的低电平控制系统。该低电平系统通过串口与上位机进行通信,以实现本地调试;利用Profibus-DP通信协议,实现低电平系统和PLC组网的交互通信。在1个缩比例无氧铜实验腔体上完成了低电平系统低功率桌面实验与联合调试,验证了电压调平衡算法的有效性,并实现了低电平控制系统的一键启动,无需人工干预,满足了加速器高频系统对低电平控制系统的需求。     

15-MeV电子直线加速器的低电平系统

15-MeV电子加速器驱动的光中子源装置(TMSR Photo-Neutron Source Phase 1,TPNS1)是专为钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor,TMSR)核数据测量设计和建造的。为保证直线加速器提供稳定的、高品质的束流,开发了基于可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)技术的低电平控制系统,利用上下变频、IQ(In-phase and Quadrature)调制解调技术实现了直线加速器幅度和相位的反馈控制。经测试,幅度和相位的控制精度达到±0.4%,可达±0.6°。长时间的运行表明,整个数字化环路的响应时间快,稳定性好,满足中子源装置的运行要求。     

新型加速器数字低电平系统射频前端设计

本文介绍了基于MicroTCA.4标准的新型宽带射频前端的设计。该射频前端可以实现300MHz~6 GHz频率范围内的下变频及50 MHz~6 GHz范围内的矢量调制上变频。同时射频前端具有可调衰减、温度监测、功率检波、IQ校准、板卡管理等功能。通过测试,板卡下变频端口间隔离度大于70d B,下变频线性区间大于35 d B,幅度误差小于0.03%,相位误差小于±0.03°;上变频载波泄露小于-45 d Bm,边带抑制大于50 d B。     

用于回旋加速器射频低电平系统的通用DSP固件程序设计

针对回旋加速器射频系统幅度、相位、启动逻辑、联锁保护、在线参数修改等控制需求,编写了一种基于有限状态机的通用DSP固件程序。该固件程序将射频系统启动过程划分为5个状态:封锁RF信号、搜索腔体谐振点、提升射频功率、匹配相位、幅相闭环控制。该固件程序通过串口与本地上位机和远程控制机进行实时通信,支持在线修改射频系统启动参数;采用异步事件驱动方式,实现对打火和反射功率过大等异常情况快速响应。该固件程序成功应用于CYCIAE-100回旋加速器射频低电平系统中,在CYCIAE-100回旋加速器调束过程中,完成了射频系统的启动控制和设备保护,满足加速器控制系统的需求。     

基于FPGA的电子直线加速器低电平系统前馈功能的实现

用于驱动光中子源装置(TMSR Photo-Neutron Source Phase1,TDSN1)的15 Me V直线加速器,由于腔体中瞬态束流负载效应的存在使得束团在经过腔体后头部的能量过高,会导致束流能散变大,降低了束流的传输效率。"数字前馈补偿"方法在原有的数字低电平控制系统的现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中加入前馈模块,通过直接削弱输入腔体的射频场的头部场强来达到降低束团头部能量的目的。实际数据表明,低电平系统前馈功能工作稳定,束流能散降低,束流的传输效率显著变高,克服了传统束流补偿法不能在大束团、高流强模式下工作的缺陷。     

1.3 GHz连续波超导射频腔的数字低电平系统和模拟腔研究

上海高重复频率硬X射线自由电子激光装置的超导射频(Radio Frequency,RF)腔需要高精度射频低电平(Low Level Radio Frequency,LLRF)系统,以稳定腔场的幅度和相位.但是,由于1.3 GHz连续波超导射频腔的高负载品质因数,腔体在电磁频域中的带宽较小.在加速器老练或重启过程中,超导...     

用于回旋加速器低电平系统的通用软硬件系统设计与实现

针对回旋加速器射频系统幅度、相位、频率、自动启动逻辑、联锁保护、在线参数修改等控制需求,设计了一种用于回旋加速器低电平系统的软硬件系统。该系统的硬件基于ZYNQ系列FPGA和高速ADC及DAC。采用数字下变频技术实现了幅度、相位和调谐控制;采用数字电路实现了腔体打火的快速检测。幅度控制精度为0.015%,相位控制精度为0.04°。该系统充分发挥了数字低电平系统的全可编程优势,通过上位机修改参数即可适用于多种回旋加速器。     

低电平控制系统频率调谐系统的设计与实现

44MHz高频闭环系统是金属模型腔热测实验的关键组成部分。为保证功率源输出的信号与高频腔的谐振频率两者始终同步,需在高频控制系统中加入频率调谐系统。     

低电平系统中C波段时钟本振的设计及测试

上海软X射线自由电子激光(Shanghai Soft X-ray Free-electron Laser,SXFEL)的直线加速器工作频率为5712 MHz.在低电平系统中,C波段的微波采样信号经过与5686.556 MHz的本振信号混频后下变频为26.444 MHz的中频信号,之后由频率为105.778 MHz的时钟...     

高能电子成像直线加速器低电平控制系统研制

为了能开展高能电子成像相关实验研究,中国科学院近代物理研究所建造了一台S波段的射频电子直线加速器。为保证实验用束流品质和加速器稳定运行的要求,设计了一套低电平控制系统,利用上下变频、IQ解调技术,实现了相位的反馈控制。本文介绍了低电平控制系统的设计及数字化算法的实现,给出了系统闭环实验的测试结果,实现相位控制精度达到±0.5°(峰峰值)和0.110 8°(均方根)。该系统利用成熟的商业化模拟微波器件和相关的PXI板卡实现,基于LabVIEW软件开发了相关的控制程序和界面,具有搭建方便、开发时间短、结构简单紧凑、易于使用和维护的特点。     

DeviceNet in SSRF control system

In the process of making preliminary design for the Shanghai Synchrotron Radiation Facility(SSRF) control system,we designed and implemented the fieldbus DeviceNet for communication between IOCs(I/O Controller)and device controllers,DeviceNet,as an open network standard,provides application layer protocol(IOS/OSI layer 7) and thus can transparently connect devices and IOCs without any need for network programming.The application of the DeviceNet to the EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System) based control system are described.     

上海同步辐射装置电源控制系统

上海同步辐射装置电源控制系统是基于EPICS系统开发运行的分布式控制系统。系统中~65 K实时数据库记录分布运行于27个VME总线的IOC控制器中,实现了对600多台各类磁铁电源的访问控制。本文介绍了电源控制系统基于Ethernet的层次式结构与工作原理,分别描述了针对PSI与SINAP电源控制器的控制解决方案,同时介绍了系统的硬件设备、IOC和控制台软件及系统中采用的通讯技术。     

Digital LLRF controller for SSRF booster RF system upgrade

The low level radio frequency(LLRF) system for booster accelerator at Shanghai Synchrotron Radiation Facility(SSRF) was upgraded by a digital controller based on field programmable gate array(FPGA) technology.Parameters of voltage, frequency and field flatness in the two 5-cell cavities are controlled to meet the requirements of booster. In this article, the ramping curve of cavity voltage, amplitude and phase control loop with vector sum of the two 5-cell cavities, tuning loop and field flatness loop are analyzed and discussed in detail.A different method in tuning loop is adopted due to the limitations of ADC channels. The function realizes energy ramping of electron beam from 150 Me V to 3.5 Ge V with a repetition rate of 2 Hz. With the new LLRF controller, the phase stability at ramping mode in 10 hours long operation is improved from ±1.5°(RMS) with open loop to ±0.15°(RMS) with close loop, while the detuning phase and field flatness are maintained to within ±2°and ±1%, respectively.     

The control system for SSRF injection and extraction

This paper introduces the injection and extraction control system design for SSRF,which is a distributed control system aimed at stability and reliability of the pulse power supplies,PPS(Personnel Protection System)and MPS(Machine Protection System).The hardware environment is mainly based on PLC(Programmable Logic Con- troller),and ARM(Advanced RISC Machine)is also applied for studying stability of the power supplies.WinCC and EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)have been selected as the platforms of SCADA(Super- visory Control and Data Acquisition).For unifying the interfacing to the control computer,all front-end equipments are connected via Industrial Ethemet.     

Phase control system for SSRF linac

The design of phase control system in Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) linac is presented in this paper. And digital phase detecting algorithm, the key for phase control system, is fully described. The testing results for phase control system in 100MeV linac are discussed in detail.     

基于DeviceNet的设备级控制

预制研究中的上海同步辐射装置控制系统是一个基于Ethernet和DeviceNet现场总线的分布式系统 ,设备级控制是建立该系统的重点和难点之一。本文介绍采用DeviceNet接口的设备控制器的研制及其软硬件结构 ,并给出在磁铁电源控制中的应用实例。联机测试结果表明模拟量设定及回读精度优于 3× 10 - 5。     

基于IC的数字化低电平射频前端设计与测试

介绍了基于IC的上海光源储存环新一代集成数字化低电平控制器的射频前端接收器设计、制造和性能测试。用L-C滤波电路在保证性能的基础上显著减小了系统的体积;用有源混频器使本振需求仅为-10dBm,减小了系统对本振信号放大器的需求。前端接收器通道的线性度范围达到30dB;采用可变放大器有利于通道内的电平匹配;RMS幅度误差在±0.15%以内,RMS相位误差在±0.2°以内;各个通道间的耦合干扰小于-70dB。     

The control system for water-cooled DCMS in SSRF

A monochromator is important to a beamline for desired monochromatic light. There are three water-cooled double crystal monochromators(DCMs) commissioned in the phase-I beamlines of Shanghai Synchrotron Radiation Facility(SSRF). In this paper, the mechanical principle of the DCMs is introduced. A control system for the monochromator based on the standard architecture for SSRF beamlines is described. To achieve the control requirement precisely, the hardware includes VME(Versa Module Eurocard)-based controller for stepper motors, RS-232-based controllers for micropositioning and piezoelectric actuators. The software is developed with EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System) package. Test results have revealed the stability and reliability of the system.     

上海光源DCCT系统置信度算法

介绍上海光源直流流强监测系统数据可靠性指标评估方法。建立DCCT系统的卡尔曼(Kalman)滤波模型,预测DCCT系统实测数据的真值。通过对DCCT系统数据的统计分析,定义数据的置信度阈值,编程实现在线的数据置信度评估及置信度指标的发布,实时给出束流流强、寿命数据置信度因子,提高系统可用性。