重离子加速器磁铁电源控制系统研制

重离子加速器通过一定周期的磁场对带电粒子进行约束,磁铁电源是产生所需磁场的关键部件,因此,要求磁铁电源控制系统具备高效性、稳定性、精确性。磁铁电源需按加速器运行周期进行响应运行。重离子加速器磁铁电源的时序必须严格按重离子加速器控制系统的控制时序进行控制。本工作研制了重离子加速器磁铁电源控制系统,通过磁铁电源控制器与同步时钟系统的通信进行控制时序的运行;通过与中央数据库的数据通信获取磁铁电源控制器所需的全部数据(如同步事例数据、波形数据等)。同步时钟信号一旦触发,磁铁电源控制器进行相应的数据获取并进行插值运算输出至磁铁电源进行控制。重离子加速器磁铁电源控制系统同步精度为1μs,实验平台测试控制器平台纹波精度为100ppm,能满足重离子加速器实验运行的要求。     

HIRFL-CSR主环磁铁电源数据采集控制模块设计

介绍了一种基于微处理器TMS320VC5402的磁铁电源电流数据采集控制模块,给出了模块的硬件组成和软件设计.经过测试表明该模块具有非常高的控制精度,处理能力强,速度快,而且集成度高,便于组成网络控制系统,现已应用于HIRFL-CSR主环六极磁铁电源控制系统中.     

加速器磁铁电源数字化逻辑控制电路的设计

加速器磁铁电源的逻辑保护和控制一般通过可编程逻辑控制器PLC实现.随着现代加速器技术的发展,电源的控制趋于全数字化,电源的逻辑控制可以综合至其数字控制芯片中得以实现,例如现场可编程门阵列FPGA.文章介绍了两种加速器磁铁电源数字化逻辑控制电路的设计方法,以FP-GA作为控制器件,实现电源的逻辑保护和控制功能.     

可编程扫描磁铁电源研制

通过对目前广泛应用于辐照加速器上的扫描磁铁电源的研究,给出了一种实时跟踪参考波形的电流型可编程扫描磁铁电源的实现方案,设计了一台输出电流峰值为7A、扫描频率为5~50 Hz连续可调、线性误差小于0.1%的电流型扫描磁铁电源。该电源输出电流稳定,同时能够防止电子束二次扫描,保护钛窗,防止因局部束流过大而损坏。电源输出线性度良好,性能稳定,已成功应用于地那米加速器中。     

辐照加速器扫描磁铁电源的研制

介绍了科大创新工业辐照加速器中扫描磁铁电源的研制方案,包括三角波励磁电流线性度的考虑,三角波调制器的原理以及基于单片机的控制系统和工业辐照环境下软硬件方面所采取的抗干扰措施,介绍了一种输出电流峰-峰值20A、扫描频率为50Hz的连续三角波的工业辐照加速器扫描磁铁电源的基本原理与设计考虑.     

快扫描磁铁电源的输出电流平滑过零研究

通常扫描电源输出电流在零点穿越时,会出现畸变现象,影响输出电流的线性度。为了消除此现象,提出了一种将扫描电源的工作模态设计为电感电流连续且过零技术方案。首先对电流过零畸变现象对电源的工作模态进行了理论分析,发现在电流连续模式(Continuous Current Mode,CCM)下,将脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制的开关H桥变换器与滤波电感电流反向过零(Reverse Zero Crossing,RZC)相结合,这种新的技术方案可实现电流的连续平滑过零;然后结合仿真软件对工作在新模态下的电源系统进行仿真,结果表明新方案的合理性和有效性。最后对采用此方案研制的样机进行实验测试,结果表明新方案能够有效解决扫描电源输出电流过零畸变现象。     

新型磁铁电源数据采集控制器设计

为适应兰州重离子加速器的升级改造需要,对加速器原前端电源控制器进行改造。本文基于双核ARM11突出的事务处理和网络通信能力,采用高精度的专用模数、数模转换芯片实现设计。测试表明:新型磁铁电源控制器输出电压稳定度为4.01×10~(-5),比原前端电源控制器稳定性提升一个数量级,满足了加速器升级电源系统精度要求。     

基于EPICS的磁铁电源控制系统

本文介绍了在EPICS软件环境下实现的磁铁电源控制系统,详细分析了基于DeviceNet现场总线的磁铁电源控制器原理、硬件结构及软硬件系统的集成。测试结果表明该系统的精度、分辨率和稳定度均已达到设计指标,目前已成功地应用在100MeV电子直线加速器的磁铁电源控制中。     

高精度磁铁稳流电源智能化接口的研制

介绍一台专用于高精度稳流电源的智能化接口的设计方案及样机的研制结果。该接口用单片机作为核心实现对大功率、高精度的磁铁电源进行智能化的本地控制与作为远程遥控接口的功能。具有运行参数的设定、运行状态的检测、故障报警及记录、运行数据的保存及与计算机的通讯等功能。采用了主控机箱与操作面板分离的两体方案,主机与面板之间用串行数字信号进行连接。     

质子加速器注入、引出磁铁电源的纹波抑制

在国产首台质子治疗示范装置研制项目中,质子加速器的注入、引出磁铁电源采用模块电源并联方式,但注入、引出磁铁的电感量较小不利于开关电源噪声抑制。为满足项目需要,提出了一种错相设计方案,并推导了三相错相的纹波归一化量值,理论上验证了方案的可行性。在此基础上,用MOSFET以H桥结构作为基本单元,采用3单元移相120°的方式构成模块电源。经测试,3台静磁切割磁铁电源开关纹波满足设计和使用要求,同时证实了电源拓扑结构的可行性。3台电源自投入使用以来,无故障可靠稳定运行20个月以上。     

加速器磁铁稳流电源的自适应型控制器设计

本文通过在电源数控硬件平台上集成系统辨识模块对被控对象进行辨识,并使用集成于FPGA的软处理器来完成数据处理和参数计算,设计并完成了一种能适应负载变化且参数自整定的智能型控制器,其控制参数自动根据负载特性整定,不需人为干预。该控制器已在加速器磁铁电源上进行了测试,其主要技术指标满足使用要求。     

Kicker磁铁电源控制系统设计

兰州重离子加速器冷却储存环包含多个注入和引出环节,其中较为关键的是CSRm的引出和CSRe的注入系统,其时间控制精度直接影响束流的注入引出效率。本文采用先进的ARM+FPGA技术实现对踢轨电源系统的精确控制,其时间控制精度达ns量级。ARM主要实现控制数据的下载与上传,踢轨系统的控制时序主要通过FPGA编程完成。远程时序控制信号均通过光纤传输,同时对踢轨电源的电压给定采用数字电位器技术实现,给定精度达0.1%。     

用于加速器电源的一种矩阵变换器拓扑研究

本文提出了一种适用于加速器电源的磁耦合型矩阵整流拓扑,并在加速器电源上对该矩阵拓扑的基本整流原理进行了验证。研究了空间矢量调制（SVM）和反馈控制相结合的控制策略,该策略能较好地抑制网侧电流谐波,提高网侧功率因数,同时确保负载侧电流对指令电流较好地跟踪。仿真实验及原理样机测试结果表明,该拓扑和控制策略可实现直流输出,达到预期目标。因此,作为加速器电源变换器拓扑的一种可行性选择,矩阵整流器具有良好的研究前景。     

Minimization of Reactive Power Fluctuation in JT-60SA Magnet Power Supply

This paper describes an asymmetric control method for the firing angle and a start/stop timing shift control of four thyristor converters called "Booster PS" to minimize the reactive power fluctuation during plasma initiation in JT-60SA. From the simulation using the "PSCAD/EMTDC" code, it is found that these control methods can drastically reduce the reac- tive power induced by the four units of the "Booster PS". In addition, the voltage fluctuation of the motor-generator connected to the "Booster PS" is expected to be suppressed. This can also contribute to achieve stable control of the JT-60SA magnet power supplies.     

高能同步辐射光源储存环快校正磁铁电源设计

高能同步辐射光源（HEPS）具有0.1 nm·rad的超低发射度,对束流稳定度提出了较高要求,研制1台高性能快校正磁铁电源用来提高快速轨道反馈系统（FOFB）的性能以提升束流稳定度。电源样机采用新颖的多电平级联拓扑结构提升电源样机的动态性能,使用基于数字控制的新颖控制方法实现样机的动态性能提升。软件仿真与样机试验数据证明,电源样机具有10 kHz小信号带宽、电源阶跃响应时间小于70 μs、输出电流纹波低于20 ppm,电源样机可很好地满足HEPS建设需求。     

Design of Fast Corrector Magnet Power Supply for HEPS Storage Ring

The high energy photon source (HEPS) has an ultra-low emittance of 0.1 nm·rad, which puts forward high requirement for beam stability. A high performance fast corrector magnet power supply was developed to improve the performance of the fast orbit feedback system to improve the beam stability. The prototype adopted a novel multi-level cascade topology structure to improve the dynamic performance, and a novel control method based on digital control was used to improve the dynamic performance of the prototype. Software simulation and the prototype test data show that the prototype has a small signal bandwidth of 10 kHz, step response time lower than 70 μs, output current ripple of less than 20 ppm. The power supply prototype can meet the requirement of HEPS.     

兰州放射性核束流线的磁铁与电源

描述了兰州重离子加速器国家实验室最近建成的兰州放射性核束流线（ＲＩＢＬＬ）的磁铁和电源系统的物理设计和性能特点。考虑高阶分量的影响,二级偏转磁铁的入口和出口极面采用二次曲面形状,除使磁铁起偏转作用外,还有聚焦和发散的功能。ＲＩＢＬＬ中首次采用大功率开关电源,并获得成功。