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。     

基于SOC的强流重离子加速器电源标定方法研究与实现

励磁电流的精确性和一致性对强流重离子加速器非常重要,通常磁场电源长期运行,器件的老化、零漂、环境温度、干扰等因素会引起某些电源电流的精确性变差,从而影响电流的一致性,这对强流重离子加速器的调试效率和束流品质产生较大影响。本文提出了一套加速器电源的在线标定方法,在分析影响电流精度因素的基础上,探讨了标定的原理和方法,重点介绍了该标定方法在基于Cyclone V片上系统(System Of Chip, SOC)硬件平台上的实现,实验结果验证了方法的有效性。该方法能有效保证加速器数字电源的精度,为"十二五"强流重离子加速器装置(High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility,HIAF)的建设提供了技术保障。     

重离子加速器同步定时触发系统的实现

同步定时触发系统是重离子同步加速器的控制核心,控制磁场电源对带电离子束进行同步加速,其对可靠性和定时精度要求高。在重离子治癌、材料辐照等领域的发展中,为了满足这些领域对重离子同步加速器小型化的需求,本文以NIOSII为核心处理器,结合FPGA上的可编程片上系统（SOPC）,实现了一种基于可编程硬件的同步定时触发系统。该系统可控制延时精度,且使用灵活、可靠,易升级,向小型化的同步加速器及重离子治癌等应用工程提供了切实可行的方案。     

数字电源控制模块的设计

为加速器高精度磁铁稳流电源设计了数字电源控制模块DPSCM,以硬开关拓扑结构的磁铁电源作为被控对象,实现电源的全数字化控制。DPSCM以现场可编程门阵列FPGA为控制部件,实现对高精度ADC和DAC的控制,由数字调节器产生高精度数字脉宽调制信号,并实现电源的逻辑控制和联锁保护功能。通过模拟负载测试了DPSCM的基本功能,并在数字电源样机上测试了DPSCM长期运行的可靠性及稳定性,样机电源连续运行72h,电流稳定度优于5×10^-5。     

兰州重离子加速器数字脉冲电源同步功能的实现

介绍了同步加速器脉冲电源的同步性能对提高加速器性能的重要性,提出了一种基于FPGA的、适用于全数字脉冲电源的可编程片上系统实现方案,该方案以光纤及连接器为信号载体、以同步光纤组件模块为核心部件。测试结果表明,该方案满足数字脉冲电源的功能性要求,且达到设计指标。     

基于串行收发器的加速器电源数字控制器研究

为满足强流重离子加速装置（HIAF）对电源控制器多版本兼容和高精度控制性能的要求,研发了1套基于串行收发器的加速器电源数字控制器（APSDC）。该控制器采用基于总线互联的模块化设计架构,在保证加速器电源数字控制器高精度控制性能的前提下,兼具多版本兼容能力。设计了1套基于串行收发器的高速同步数据总线（HSB）用于数字控制器子板间数据通信,总线带宽达2 Gbps,且板间数据同步误差低于1 ns。电源上线运行实验结果表明,APSDC各项设计指标符合HIAF对电源的高精度控制及其他关键性能的技术要求,并具备较强的系统扩展性。     

基于串行收发器的加速器电源数字控制器研究

为满足强流重离子加速装置(HIAF)对电源控制器多版本兼容和高精度控制性能的要求,研发了1套基于串行收发器的加速器电源数字控制器(APSDC)。该控制器采用基于总线互联的模块化设计架构,在保证加速器电源数字控制器高精度控制性能的前提下,兼具多版本兼容能力。设计了1套基于串行收发器的高速同步数据总线(HSB)用于数字控制器子板间数据通信,总线带宽达2 Gbps,且板间数据同步误差低于1 ns。电源上线运行实验结果表明,APSDC各项设计指标符合HIAF对电源的高精度控制及其他关键性能的技术要求,并具备较强的系统扩展性。     

基于现场可编程门阵列的数字调节器设计

根据磁铁稳流电源闭环控制的基本原理,将模拟调节器及相关的外围控制电路采用全数字化控制技术,并通过嵌入数字信号处理模块的现场可编程门阵列（FPGA）来实现,设计了数字调节器（DRL）。通过样机试验证明,该数字调节器可实现对电源的全数字化调节和控制,满足多数加速器对静态磁铁稳流电源的控制需求。     

数字电源控制系统实时性的改善

为实现加速器电源的全数字化控制,提高数字电源控制系统的实时性,介绍了基于Altera公司NiosⅡ软核构建的嵌入式系统对于中断的响应过程,以及不同处理器配置下的中断开销,实验总结出了提高其中断性能的配置方式并对不同配置下的中断性能进行了实际测试、给出了部分测试程序和测试结果.测试结果表明将矢量中断控制器应用到数字电源的...     

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.     

重离子治癌加速器高速实时数据传输系统研制

分析了重离子治癌专用加速器对部分同步数据和过程数据的传输要求,提出并实现了一种高速率、可纠错、远距离的实时数据传输系统,以提高加速器同步和控制的效率和可靠性。系统优化了传统系统的硬件配置和布局。采用PXI、FPGA、SDRAM与远距离千兆光纤模块相结合的系统构架,替代了原数据传输过程中低速、近距离、抗干扰性不强的数据通路和处理器件。软件上,通过对两片FPGA的编程,在系统后端实现了PXI接口和DMA相结合的方式与加速器服务器进行数据交互;在系统前端实现了800 MHz载波100 MHz基带信号的实时、远程、高速串行帧传输。通过该数据传输系统,保证新加速器系统的同步事例、电源波形等实时数据在服务器和远端控制器之间的高效传输。     

基于MongoDB的HIAF Archive Engine设计与实现

强流重离子加速器装置（HIAF）的控制系统采用实验物理和工业控制系统（EPICS）架构,运行数据存储系统为HIAF运行中的运行数据、历史数据和静态参数提供稳定可靠的存储。针对当前EPICS架构下的数据存储工具仅支持关系型数据库的不足,开发非关系型数据库MongoDB接口,并利用MongoDB嵌套对象和多层级存储结构的特点优化存储表结构,实现波形、图像等非关系型数据的高效存储;为调束人员提供基于标志位PV（Flag PV）方式的加速器运行数据手动存储方案以提升历史数据检索效率及数据可用性;同时针对海量历史数据的存储需要,利用MongoDB Sharding搭建MongoDB分布式集群。     

原子高离化态研究装置

介绍了原子高离化态研究装置,包括重离子加速器、测量装置、数据获取和处理系统。     

锦屏深地强流高压加速器控制系统的研制

本文介绍了锦屏深地强流高压加速器自动控制系统的基本结构、控制软件和安全联锁设计,阐述了该加速器在运行过程中高压打火产生的强干扰影响控制系统和相关设备的正常运行及在调试和实验过程中遇到的问题。通过分析原因,采取各种保护措施提高控制系统的抗干扰能力,确保控制系统和设备运行的稳定性。     

The development of data acquisition and control system for extraction power supply of prototype RF ion source

A 16 kV/20 A power supply was developed for the extraction grid of prototype radio frequency (RF) ion source of neutral beam injector.To acquire the state signals of extraction grid power supply (EGPS) and control the operation of the EGPS,a data acquisition and control system has been developed.This system mainly consists of interlock protection circuit board,photoelectric conversion circuit,optical fibers,industrial compact peripheral component interconnect (CPCI) computer and host computer.The human machine interface of host computer delivers commands and data to program of the CPCI computer,as well as offers a convenient client for setting parameters and displaying EGPS status.The CPCI computer acquires the status of the power supply.The system can turn-off the EGPS quickly when the faults of EGPS occur.The system has been applied to the EGPS of prototype RF ion source.Test results show that the data acquisition and control system for the EGPS can meet the requirements of the operation of prototype RF ion source.     

磁质谱仪离子收集器数字化读出系统的研制

研制了一个用于磁质谱仪法拉第筒阵列离子收集器的高精度数字化读出系统,实现对离子束中离子成分的分析与诊断。数字化读出系统由前端处理电路和数据获取模块组成,前端处理电路采用门控积分器将418通道微弱电荷信号转换为电压信号,数据获取模块将电压信号数字化后,通过以太网接口将数据上传到远程上位机。该读出系统实现了电荷范围为0.1~120 pC的数字化读出,非线性误差小于1.95%（全量程）。现场应用测试结果表明,该数字化读出系统完全满足实验需求。该系统还可广泛用于核物理实验和加速器系统中微弱电流或电荷信号的测量。     

重离子治癌电源调节器的嵌入式系统

为满足HITFiL重离子治癌装置中对扫描铁电源精确控制的需求,基于EDA技术构建了嵌入式实时控制系统,采用高级RISC微处理器(ARM)+现场可编程门阵列(FPGA)+DA/AD技术实现对磁铁电源系统数字调节器的设计。经现场测试,本套系统运行稳定可靠,达到了设计要求,为今后重离子治癌专用装置的建设应用提供了可靠的技术保障。