束流诊断虚拟加速器环境开发

为了更好的测试控制方法和开发上层控制软件,本文提出了一种基于ELEGANT和SDDS Toolkit的虚拟加速器环境。在这个虚拟环境下,可以将底层物理模拟软件与上层控制软件通过EPICS控制通道及Matlab脚本进行数据分析及处理。本文描述了在该虚拟加速器环境中束流参数测量和轨道控制等软件的开发和测试,并探讨了该虚拟加速器的设计理念和未来可能的应用。     

基于PACS的直流/脉冲双模式工作点调节软件开发与验证

目前，中国科学院近代物理研究所设计、建造和运维了多台结构指标各异的重离子加速器装置，现有的物理控制系统已无法满足这些装置对于稳定、可靠、高效运行的需求。为了提高调试、运行效率，简化系统操作，达到更高的流强和更好的束流品质，中国科学院近代物理研究所自主设计了一套基于EPICS的面向物理的加速器控制系统PACS。为了验证PACS框架的可行性和嵌入任意物理控制软件的可行性，采用Python语言开发了基于PACS的直流/脉冲双模式工作点调节软件及其界面，并且搭建了HIRFL-CSRe的MySQL测试数据库和EPICS软IOC测试环境，在该虚拟测试环境下对软件的直流模式下工作点调节功能进行了测试；然后在HIRFL-CSR真实环境对该软件在直流/脉冲模式下的工作点调节功能进行测试。结果表明，该软件能够通过PACS提供的接口嵌入系统的物理过程模块，实现与数据库和底层控制系统的交互，从而完成直流/脉冲模式下的工作点调节和光学参数计算，以此验证PACS框架的可行性和嵌入任意物理控制软件的可行性。     

基于VxWorks的小型无人机飞行控制软件设计

针对小型无人机功能日益复杂,迫切需要提高实时性与可靠性等现状,开发了一套基于VxWorks实时操作系统的小型无人机飞行控制软件,实现了无人机自主起飞、空中巡航和自主着陆等飞行控制功能;在完成软件需求分析的基础上,设计了飞行控制软件的总体结构,并结合VxWorks操作系统的运行机制给出飞行控制软件模块化设计方案,着重介绍了多任务环境下任务划分及优先级分配策略;半物理飞行仿真试验表明:该飞行控制软件能够实现自主、指令、人工3种飞行模式下的飞行控制功能,具有良好的实时性和可靠性,满足飞行控制软件最初的设计需求,同时大大降低了开发难度,提高了软件的可维护性和可移植性。     

回旋加速器虚拟样机技术进展

基于缩短开发周期、降低物理样机成本及实现创新设计的目的, 虚拟样机(VP)技术被用于低能回旋加速器的设计中. 本文介绍了华中科技大学在回旋加速器VP技术研究上的进展. 提出了面向多学科协同设计的回旋加速器虚拟样机开发思路, 描述了基于Python脚本语言混合编程技术的VP集成平台. 在该平台下, 通过多个设计组件的支持与协作, 可实现对主磁铁、高频腔和中心区等关键部件及回旋加速器整机的优化设计.     

回旋加速器虚拟样机技术进展

基于缩短开发周期、降低物理样机成本及实现创新设计的目的,虚拟样机(VP)技术被用于低能回旋加速器的设计中.本文介绍了华中科技大学在回旋加速器VP技术研究上的进展.提出了面向多学科协同设计的回旋加速器虚拟样机开发思路,描述了基于Python脚本语言混合编程技术的VP集成平台.在该平台下,通过多个设计组件的支持与协作,可实现对主磁铁、高频腔和中心区等关键部件及回旋加速器整机的优化设计.     

聚变堆遥操作上层协同控制系统设计和测试

为了解决聚变堆遥操作维护上层控制系统普遍存在的软件功能模块过于集中、拓展性差、不具备中层运动规划能力等问题,设计了一种基于机器人操作系统(ROS)的上层协同控制系统。该系统采用分布式架构,基于市场成熟的开发平台进行设计,集成了中层运动规划与动力学虚拟仿真功能。通过“轴销抓取”的实验场景测试的结果表明：该系统满足设计需求,运行稳定。     

基于CPCI总线DMA方式的实时高速数据交换系统

针对在重离子同步加速器运行过程中,如何解决设备控制器与上层数据处理程序之间的高速数据交换的问题,自主研发了基于Compact PCI总线板卡,板载FPGA,DSP,SDRAM等资源,并设计了DMA完整控制逻辑,传输协议解译全部由硬件完成(FPGA)。多个软硬件模块共同实现了该实时高速数据交换系统。该系统经实测,结构完整自洽,数据传输带宽符合重离子同步加速器运行要求,实现了数据传输的实时性。重点描述该系统数据通路上的诸多技术环节,包括硬件和软件的功能划分、FPGA、DSP、驱动程序、上层应用等各环节的技术细节。该实时数据交换系统系原创性设计,系统解决了控制与数据采集系统的设备控制层与上层数据处理层之间的实时数据交换问题。     

基于虚拟样机的回旋加速器主磁铁设计与修正

 磁铁设计对于等时性回旋加速器极为关键。磁场分布需要满足粒子等时性加速和粒子径向、轴向聚集要求，同时避免危险的横向共振。提出了一种计算机辅助的自动化磁铁设计、建模和修正的方法，该方法在基于Python混合编程的虚拟样机集成设计环境中实现。详细描述了利用3维电磁场仿真软件TOSCA和自主开发的粒子束跟踪软件PTP对磁铁的优化过程，并给出了一个16 MeV负氢紧凑型回旋加速器的主磁铁设计实例。     

加速器控制系统及其进展

目前加速器控制系统普遍采用了分布式体系结构,使用系统集成工具进行开发,当前加速器界主流的系统集成工具有.EPICS、TANGO和商业SCADA产品.在硬件方面,PGA、DSP芯片广泛地用于硬件模块中实现数字化控制,嵌入武EPICS IOC智能控制器是当今研究的一个热点.软件方面,除系统集成工具之外,各大实验室都建立了自己的软件开发环境,对软件开发进行标准化管理,其中开放的软件平台Eclip8,beans活跃在控制系统软件开发中.目前具有挑战性的课题是系统高可用性研究.本文将介绍加速器控制系统及技术方面的现状和进展.     

加速器控制系统及其进展

目前加速器控制系统普遍采用了分布式体系结构, 使用系统集成工具进行开发, 当前加速器界主流的系统集成工具有EPICS、TANGO和商业SCADA产品. 在硬件方面, FPGA、DSP芯片广泛地用于硬件模块中实现数字化控制, 嵌入式EPICS IOC智能控制器是当今研究的一个热点. 软件方面, 除系统集成工具之外, 各大实验室都建立了自己的软件开发环境, 对软件开发进行标准化管理, 其中开放的软件平台Eclips, Abeans活跃在控制系统软件开发中. 目前具有挑战性的课题是系统高可用性研究. 本文将介绍加速器控制系统及技术方面的现状和进展.     

一种测量重核素的小型高压型加速器控制系统的研制

为满足中国原子能科学研究院最新研制的400 kV小型重核素加速器质谱（AMS）装置的自动控制的需求,设计并实现了针对该装置的自动控制系统。从硬件和软件两个方面描述了系统结构。虚拟仪器LabWindows/CVI9.0、PLC、数据库、组态软件等的相结合,既组建了友好的人机交互界面,又提高了系统的可靠性。自主设计的具有较高自动化水平的气体剥离器控制,实现了同步监测、控制气体流量和真空度。自动换靶控制的零位指示和靶号显示相配合,更精确地实现换靶功能,提高了装置自动化程度。经长时间测试,该测控系统满足了加速器质谱系统的自动控制及就地操作需求。     

基于深度学习的CSNS加速器预警系统样机

为了能在中国散裂中子源（CSNS）加速器的部分故障发生前发出预警信息,利用深度学习建立了基于CSNS加速器真空度和漂移管直线加速器（DTL）温度的特征模型,开发了一套CSNS加速器预警系统样机。该样机基于实验物理及工业控制系统（EPICS）架构搭建,主要由训练、识别和信息发布3部分组成,采用Python进行程序设计开发,实现了训练样本获取、深度学习网络设计和训练、在线识别和信息发布等功能。测试结果表明,该样机对基于CSNS加速器真空度和DTL温度历史数据生成的测试集的准确率达98.4%,且能根据实时数据识别出CSNS加速器真空度和DTL温度的异常,并能发出预警信息,证明了其可行性和有效性。     

多信号模型在虚拟故障建模与仿真中的应用

在分析虚拟维修训练需求和故障机理的基础上,提出基于多信号模型的电子装备故障建模方法,研究了虚拟环境中故障数据生成与实时检测、故障现象模拟及仿真运行流程等问题;在VC++环境下开发虚拟仪表,并借助实时通信模块获取Virtools环境中虚拟样机上的测试信号;最后,在Virtools中实现了某型无人机飞行指挥与控制系统故障建模与仿真,验证了该方法的可行性;多信号模型可以完整地描述故障的传递轨迹,高效、灵活地构建故障故障机理模型,为受训人员提供了一个实施诊断逻辑的良好训练环境。     

C-ADS注入器Ⅰ联锁保护系统设计（英文）

联锁保护系统是加速器驱动次临界系统(ADS)先导专项(C-ADS)核心系统之一,用于对加速器控制及人身和设备保护。为此设计搭建了基于可编程逻辑控制器(PLC)和PROFINET协议的联锁控制系统,对加速器各个关键部件的信号进行采集和控制。为满足加速器对可靠性的严格要求,该联锁系统选用最新型的PLC和I/O模块,并采用高可靠性容错和冗余技术的硬件设计。本文还对该联锁系统的冗余状态和非冗余状态做了可靠性分析对比。基于该系统的实验物理和工业控制系统(EPICS)的控制接口也已成功开发,并在线应用。     

C-ADS注入器Ⅰ联锁保护系统设计

联锁保护系统是加速器驱动次临界系统（ADS）先导专项（C-ADS）核心系统之一，用于对加速器控制及人身和设备保护。为此设计搭建了基于可编程逻辑控制器（PLC）和PROFINET协议的联锁控制系统，对加速器各个关键部件的信号进行采集和控制。为满足加速器对可靠性的严格要求，该联锁系统选用最新型的PLC和I/O模块，并采用高可靠性容错和冗余技术的硬件设计。本文还对该联锁系统的冗余状态和非冗余状态做了可靠性分析对比。基于该系统的实验物理和工业控制系统（EPICS）的控制接口也已成功开发，并在线应用。     

HEPS-TF超导3W1扭摆磁铁控制系统的设计

介绍了中国高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)中超导3W1扭摆磁铁控制系统的设计。该控制系统主要包括电源控制系统和低温信号监测系统。整个控制系统基于实验物理及工业控制系统(EPICS),其硬件结构以串口服务器为核心,将接口转换为标准的RS232/485接口。软件方面,通过应用StreamDevice设备驱动模块开发了基于Modbus协议的EPICS驱动,缩短了设备驱动的开发周期。上层控制界面采用嵌入了EPICS Qt框架的Qt Creator开发,增强了其灵活性。目前控制系统的离线测试已完成。     

电学仿真实验的一种模式及其算法

针对当前在电学课程教学中,缺乏好的、适合学生用的虚拟仿真实验软件,作者开发了能达到一定虚拟效果和沉浸性的仿真实验软件,对开发思路和算法作了介绍,该仿真实验软件的模式及其开发方法对一般学科教师在开发自己的仿真实验软件时有一定的借鉴作用。     

基于LABVIEW的旋转机构测控系统设计

针对旋转测试的任务要求,设计了一套基于LabView开发环境下的测试系统和一套基于PLC控制技术的控制系统,并利用OPC通讯方式,实现了LabView与PLC之间的数据交互。利用LabView开发了多种软件功能,丰富了测控系统的数据处理和显示功能。经试验结果表明：该测控系统已达到预期设计效果。     

ADS注入器Ⅱ10MeV加速器液氦分配系统设计

ADS注入器Ⅱ超导加速段的运行需要在4.2K(液氦)超低温环境下进行,针对注入器Ⅱ10MeV加速器低温恒温器的运行要求设计了一套液氦分配系统,该系统在满足加速器的低温恒温器工作的同时还具备给超导腔水平测试、垂直测试、磁铁测试等试验终端供液以及调节流量的功能。系统已应用于5 MeV加速器液氦的分配与调节以及超导腔垂直测试系统中,运行良好。重点介绍了液氦分配系统的工艺流程、阀箱的结构设计及调试运行情况。     

加速器电子枪控制器的设计及其远程光纤通讯的实现

 介绍了合肥国家同步辐射实验室200 MeV电子直线加速器新型脉冲电子枪控制器的工作原理，以及I²C总线和嵌入式微控制器在电子枪控制器中的应用，详细分析了加热灯丝的数控电流源、引出电子束的数控电压源和脉冲电压源等模块的硬件实现，并给出了光纤通讯和后端微机控制软件的设计过程。该电子枪已成功应用于加速器的实际运行中，性能稳定，工作可靠，完全替代了以前的机械控制方式。