CSNS电源磁测时序控制系统

电源磁测时序控制系统能够提供磁铁在运行过程中电源控制设备和磁铁测量设备所需要的时序触发信号和同步时钟信号,该系统的准确性和稳定性对于整个磁测显得极为重要。论文介绍了基于Xilinx系列FPGA硬件电路设计、电光-光电转换电路的设计、串口通信驱动模块和LabVIEW-EP-ICS人机控制界面的实现。通过联机测试结果表明,该系统满足了电源磁测对时序控制系统的要求。     

HIRFL-CSR嵌入式数据库的设计实现

本文论述了用于兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)控制系统的嵌入式数据库的设计和实现方法.控制系统采用三级数据库实现集中管理、分布式控制.前两级基于Windows平台,采用Oracle数据库通过ODBC进行互联,第三级根据控制系统的需要,采用基于嵌入式Linux平台的SQLite数据库引擎通过高速互联网与前两级交换数据.中控室预先将波形数据、事例表等分散存储到前端嵌入式数据库中,实验时,再由嵌入式数据库将数据传递给波形发生器DSP.在同步触发的控制下,DSP根据得到的波形数据产生所需的控制波形,进而控制电源、控制磁场,达到实验目的.     

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。     

兰州重离子加速器冷却储存环中磁场电源控制系统设计

为实现对兰州重离子加速器冷却储存环中磁场电源控制系统物理实验装置的远程监控和访问，采用32位内核芯片技术结合CPLD逻辑时序编程来设计eVME并行总线系统。同时采用ARM网络控制板与数据处理DSP板相结合的控制结构，实现对磁场电源系统在离子加速过程中的同步控制。设计出的系统能稳定地实现数据的快速获取与给定。      

嵌入式控制器软件设计

在加速器中对磁场的控制实际上就是对磁场电源的控制.随着环中粒子能量的增加,偏转磁场将同步增加.这将要求电源控制器对磁场电源提供给定电压波形,已产生相应的加速磁场维持粒子在固定轨道上的谐振加速.为此,基于ARM,DSP,FPGA等硬件平台,采用Linux编程技术、双Buffer缓存机制和DSP编程,实现对磁铁电源波形数据...     

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。     

HIRFL-RIBLL1电源控制系统升级改造

兰州重离子加速器放射性次级束分离线一号线(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou-Radioactive Ion Beam Line 1,HIRFL-RIBLL1)已运行多年,其电源控制系统因建设初期条件所限设计较为简单,加之近年来系统部件老化,已不能很好满足物理实验要求,迫切需要进行升级改造。新的电源控制系统针对现有问题,采用分布式架构,每台电源用一台高精度控制器就近控制。同时集成了二极磁铁磁场强度和所有电源输出电流的监控,并且利用滞环控制策略,实现了根据预设磁刚度自动调试电源的功能。新电源控制系统经过一年多来的几次实验调束验证,在调试精度、抗干扰性、易用性等方面满足了RIBLL1物理需求,大幅度提高了调束效率。     

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。     

同步加速器束流能量自动切换控制系统

带电粒子放射治疗中3D主动治疗方式需要不同的束流能量照射不同的病灶切面,这就需要同步加速器控制系统能实现多级束流能量的自动切换控制并提供接口对接治疗计划进行自动变能控制。本文开发了同步加速器束流能量切换控制系统,同步加速器的前端服务器中存储着执行1个同步加速器加速周期所需的全部控制数据集,其中控制数据通过索引标号对其进行区分,同步事例信息是同步加速器多级束流能量切换的触发信号。当前端控制器被同步时间系统的同步事例触发激活后,从DSP波形发生器的SDRAM空间中读出磁铁电源、高频等控制数据进行数据切换。同步事例信号包含同步触发信息、束流能量控制数据的索引信息和控制数据的更新操作信息。多级束流能量自动切换控制系统能实现255级束流能量间自动切换控制（碳束能量在50～500 MeV间切换,步长可控制在1.77 MeV）,完全能满足实际中碳束能量在50～500 MeV间以10 MeV为步长的自动切换控制。     

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。     

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。     

重离子加速器数字电源回读系统

为提高数字电源回读数据的精确性、抑制噪声、降低成本,开发设计了全数字化回读系统。在本系统中,发送端的数字电源控制器通过光纤模块,按专用协议以2 kHz频率发送4种数据;接收端的数字信号采集设备接收、存储每台电源的回读数据,并标记以时间戳。系统采用有效机制保证每条数据通路的时钟同步,并提供了数据分析图形化界面。经现场测试,验证了系统的性能,达到了设计目的,使全数字化回读首次在重离子医用加速器励磁电源系统上得到成功应用。基于其较好的抗干扰性和经济性,未来可在重离子加速器中推广应用。     

Control strategy optimization for energy efficiency and harmonic mitigation in multi-series converters

To provide electrical power for the Research System of Superconducting Magnets (RSSMs) including the background field superconducting magnet and the tested superconducting objects, the high power phase-controlled converter will be used to develop the power supply system. However, because of its inner nonlinear feature, the current harmonics and the reactive power are injected into the AC power supply system. To improve the quality of the power supply system for RSSMs, an improved synchronous control strategy is suggested for the superconducting magnet power supply system, which comprises four series-connected six-pulse converters fed by a phase-shifting transformer, respectively. According to the proposed control strategy, the basic unit is two 12-pulse converters and the control method will be changed in terms of load fluctuations which are represented by the per unit value of converter output voltage. As a result, harmonic is greatly reduced but the power factor is also high.     

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。     

BEPCⅡ磁铁电源快速检测系统的实现

为使北京正负电子对撞机（BEPCⅡ）在运行时能快速找到磁铁电源引起的加速器束流不稳定或丢束的原因,研制了磁铁电源快速检测系统。该检测系统主要采用PXI系统,其8 h稳定度达0.005%,最快可在0.33 ms内采集一遍近500套磁铁电源电流值,所有历史数据均通过TCP/IP传输并实时写入远程MySQL数据库,从而可通过数据库的数据分析比对迅速排查电源电流稳定度问题。     

Development of Thin-wall Vacuum Chamber for Heavy Ion Medical Accelerator

Heavy Ion Medical Machine (HIMM), developed by the Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, is the first medical heavy ion accelerator with independent intellectual property rights in China. Because the RAMPING mode was used for high frequency pulse dipole magnets of HIMM and the rising rate of magnetic field is 1.6 T/s, the vacuum chamber installed in the high frequency pulsed magnet is a thin-wall stainless vacuum chamber with reinforcing ribs to reduce the influence of eddy current on the ion beam stability. However, the gap size of magnet occupied by thin-wall stainless vacuum chamber with reinforcing ribs is too large, and it not only causes the high cost of magnets, but also greatly improves the maintenance cost. Based on these reasons, a new thin-wall vacuum chamber (0.3 mm) with ceramic lining was put forward and the prototype was designed and manufactured. The test results show that the obtained pressure of the prototype is in the order magnitude of 10^-10 Pa, and the magnet gap can be effectively reduced. And it is the development direction of thin-wall vacuum chamber of accelerator in the future.