| 中文摘要: | 电子直线加速器在众多领域都发挥着重要作用,例如,在同步辐射光源和自由电子激光装置中,都是采用它作为注入器,它的性能将直接影响到束流品质。电子直线加速器控制系统是加速器中必不可少且十分重要的组成部分,它起到消除和补偿加速器遇到的各类噪声带来的误差的作用。从而使加速器能够产生合乎要求、品质优良的束流,确保加速器的性能满足或优于指标要求。由中国科学院上海应用物理研究所承建的巴西Sirius光源直线加速器整机工程项目和上海软X射线自由电子激光装置项目都在紧张有序建设之中,开发一个通用、鲁棒、高效、可扩展性好的电子直线加速器控制系统显得尤为重要,这是作者所在的开发小组的目标。电子直线加速器控制系统的研发是一个较复杂的课题,需要很好的团队合作才能完成。本论文的工作主要包括以下几个方面:设计出系统的软件架构,在这个过程中我们采用了模块化、层次化、接口化的方法,使得开发的软件系统具有较好的稳定性和复用性。调研和分析了加速器会遇到的各类噪声,它们产生的原因,它们的危害,有什么办法可以消除,根据各类噪声的特性,并结合我们的加速器的特点,制定控制方案和策略。研究和开发各个控制功能模块,包括该模块涉及的原理,可能会有的各种实现方法,分析各方法的性能,确定采取哪种方法,然后编写代码,并进行调试。对于频率调谐模块,用两种不同的方法实现了频率调谐的功能,用到了两种算法,分别是最小二乘法和PI算法;对于补偿束流负载的模块,研究了其补偿原理,对相关公式进行了推导,模拟了补偿束流负载的过程和补偿效果;对于速调管非线性,对比和分析了常用的几种补偿方法的效果,最终选择了效果最好的方法:查找表和线性插值结合的方法,详细地讲述了实现这一方法的步骤;对于矢量调制器的校准模块,在分析了原因和必要性的基础上,详细的介绍了所采用的方法:二维查找表和线性插值结合的方法,详细的介绍了我实现矢量调制器校准的步骤,对软件进行了调试,获得并分析在一些输入下的相应输出。另外,开发出的控制系统在加速器上进行调试和检验是不可少的环节。我们已将频率调谐模块添加到控制系统中,并在巴西Sirius光源直线加速器实验装置上进行了调试和实验,包括以下内容:电机调谐标定、PI参数整定、测量阶跃响应曲线、测试系统长期稳定性。对所得的实验结果进行分析,结果表明,两种频率调谐的功能都是有效的,说明我们采用的软件架构是切实可行的。未来系统会被进一步优化,更多的控制功能模块也会被添加到控制系统中。 |
