CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2020年
上海光源储存环束流负载效应的研究
夏洋洋
Subtype博士
Thesis Advisor赵振堂
2019-06-01
Degree Grantor中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
Place of Conferral中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
Keyword束流负载 Pedersen模型 MIMO系统 Nyquist判据 Robinson不稳定性
Abstract上海同步辐射装置(SSRF)储存环高频系统在运行时主要遇到的问题有三种。第一种是高腔压时超导腔经常发生二次电子倍增(Multipacting)等效应,它们容易导致失超(Quench)。第二种是高频系统低腔压运行时难以支撑储存环运行高流强,第三种是高频系统的干扰信号难以被低电平反馈系统压制,它会耦合到束流的纵向运动中去,干扰同步辐射光通量。通过比较国内外加速器解决这些问题的方法,我们认为可以通过反馈环路的设计来同时解决以上三种问题。基于Pedersen模型,本文给出了SSRF储存环高频系统的多腔耦合模型的完整推导过程。给出了SSRF储存环低电平(LLRF)控制算法的与Pedersen模型兼容的解析表达式。为了给环路分析提供更加具体的实验依据,本文在SSRF的低电平系统中嵌入了数字化传递函数测量系统。通过比较传递函数的测量结果与多腔耦合模型的模拟结果,可以发现二者符合的非常好。测量过程中发现了寄生于低电平中的非线性效应,即幅度调制向相位调制的转化随着载波功率的增大而增大的现象。发现了寄生于高电平中幅度调制增益随着入射功率的增大而降低,相位调制增益随着输入功率的增大幅频响应曲线严重扭曲的非线性效应。它们是对传统的Pedersen模型的重要补充,同时也是误差模型构建的重要依据。根据束流负载的大小,给出了两种进行环路分析的模型。一种是小束流负载时的复数域等效单输入单输出(SISO)模型,它可以直接通过复数域推广的Nyquist图来进行稳定性分析和传递函数计算。一种是大束流负载时的多输入多输出(MIMO)模型,可以通过广义Nyquist判据来判断系统的稳定性,可以通过系统各个节点的传递函数来判断其对外部干扰信号和噪声信号的压制能力。环路分析的结果显示,高频系统的稳定性是受环路稳定性决定的。束流在束流负载角为正时依然可以大量存在,此区域的流强上限由系统的鲁棒性决定。通过环路分析,给出了高频直接反馈与传统的比例积分(PI)控制算法的等效性。通过比较低电平自闭环大相位失配时的环路自激现象与高频系统大束流时的环路自激现象,使用描述函数法,尝试给出了高频系统自激的定性解释。通过MIMO控制理论,解释了为什么在当前的对角型控制结构下,高频系统这种严重病态的系统不能够在保持低腔压,高流强运行时,提供足够的对干扰信号和测量噪声信号的压制能力。本文比较系统的研究了带反馈环路的高频系统束流负载效应。为以后低腔压高流强运行,或者大型加速器的建设提供的实验依据和理论材料。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/31262
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2020年
Recommended Citation
GB/T 7714
夏洋洋. 上海光源储存环束流负载效应的研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2019.
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