基于MTCA的HLS-Ⅱ直线加速器低电平系统改造

合肥光源(HLS-Ⅱ)在重大维修改造之后,其光源性能有了很大的提升。为了进一步实现连续、平稳地供光,需要对其进行恒流改造。恒流运行要求直线加速器的微波功率源有长期的稳定性与可靠性,旧的模拟低电平控制系统满足不了要求。本文基于微型电信计算平台(MTCA)设计实现了数字低电平控制系统,控制微波功率源的幅度和相位,它由以FPGA为核心的数字板卡、射频板卡、 MTCA机箱以及频率合成系统组成。该数字低电平系统工作在2 856 MHz的S波段,在线运行幅度稳定度达到0.04%,相位稳定度达到0.2°,满足恒流改造对直线加速器数字低电平系统0.25°相位抖动RMS值的相位精度要求。     

快循环同步加速器射频加速电压幅度的数字化控制

 中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器（RCS）中的射频低电平控制系统是基于FPGA的全数字控制系统,旨在完成对射频频率、加速电压和同步加速相位的控制。介绍了CSNS/RCS射频系统的低电平数字化控制设计方案,并着重对射频加速电压幅度控制回路进行了分析与讨论。电压幅度控制环路通过射频电压幅度信号与电压幅度设定值的比较,得到误差信号。误差信号经过控制器来控制输入到射频腔的功率,以达到稳定和改变腔压的目的。通过对控制对象的分析和建模,得到了满足系统要求的控制器。详细介绍了数字系统的实现,尤其是信号的解调和控制算法的实现。用ALTERA公司的DSP builder进行数字控制系统开发,系统仿真结果表明,环路误差信号大约于10 μs（400个系统时钟）后归于0,整个电压幅度控制环路能稳定运行。     

CSNS LINAC低电平射频控制系统软件设计

低电平射频控制系统主要用于对加速腔的高频场和谐振频率的控制,保证加速器的稳定运行并输出高品质的束流.低电平控制系统软件提供可视化操作界面,实现数据显示和存储、自动化算法等功能,提高了低电平系统的可操作性,减少了人工作业量和故障率.软件开发具有灵活性强、开发周期短的特点,适合控制速度要求相对不高而逻辑较为复杂的功能开发....     

100MeV强流回旋加速器射频数字低电平系统研制

介绍了100MeV射频低电平控制系统的设计及其桌面实验的组成. 通过实测, 验证了他激模式下幅度控制环路和相位控制环路中实现数字式控制的可行性. 初步测试数据及调试过程均表明数字式控制可用于100MeV回旋加速器的射频低电平控制系统.     

CSNS射频负氢离子源控制系统研制

为满足中国散裂中子源打靶功率提升需求，加速器采用外置天线射频负氢离子源替换此前使用的潘宁表面负氢离子源，为加速器提供高品质和高稳定的束流。文章主要介绍了基于EPICS软件系统和PLC硬件平台的射频负氢离子源控制系统设计方案和具体实现。针对射频功率源的电磁干扰和高压平台打火造成设备损坏，给出了相应的解决措施。此外，为提高离子源长期运行稳定性，设计了放电室高精度注铯控制程序及打靶功率稳定程序。控制系统自投入运行以来，运行稳定可靠，为离子源的高效运行提供了有力保障。     

CSNS加速器真空控制系统的设计与实现

中国散裂中子源(CSNS)加速器真空控制系统负责真空数据采集、设备监控和闸板阀控制与联锁,是设备运行和故障诊断以及超高真空保持的重要保障。本文介绍了加速器真空需求,基于实验物理及工业控制系统EPICS软件框架的真空控制系统设计与实现,使用横河可编程逻辑控制器PLC控制与联锁设备,摩莎MOXA工控机监测真空状态,EPICS PV数据直接进入声音报警系统和历史数据库系统,为工作人员及时发现和处理问题、进行后续数据分析和机器研究等提供了便捷途径和可靠保障。目前,该系统已完成现场安装和调试,并已正式投入运行。运行结果表明,该系统具有稳定性好、可靠性高、人机交互友好的特点,很好地满足了加速器真空控制系统运行的需要。     

硼中子俘获治疗实验装置射频功率源系统

中国科学院高能物理研究所建造了一台基于加速器的硼中子俘获治疗（BNCT）实验装置。射频功率源系统为352.2 MHz射频四极加速器（RFQ）提供高频功率,使束流离开RFQ时,其能量达到3.5 MeV。BNCT射频功率源系统主要包括速调管功率源、数字低电平控制系统、射频传输系统。本文介绍了BNCT射频功率源系统,主要包括物理需求、系统组成、关键设备、安装和调试。目前该装置已进行动物实验,加速器打靶束流功率4.3 kW,加速器射频功率源系统运行稳定。     

实验物理与工业控制系统平台在HL-2A主机测控系统中的应用

描述了利用实验物理与工业控制系统(EPICS)平台对HL-2A主机运行参数进行的集中测控系统开发。系统采用s7nodave设备驱动模块,实现了SoftIOC与各PLC的通讯,将各子系统的PLC集成到了EPICS控制系统中。通过对关系型数据库和应用层软件CSS中数据归档及报警等组件的扩展与配置,实现OPI层与各个子系统的实时通信。测控系统成功地将HL-2A主机参数集中在EPICS平台下运行,为下一代装置的主机集中测控系统设计打下了基础。     

CSNS RCS射频系统双谐波模式低电平控制模拟实验

介绍了中国散裂中子源/快循环质子同步加速器一期工程(CSNS-Ⅰ/RCS)拟采用的双谐波加速方案。针对该方案需要在加速周期内对8个射频腔之一进行工作模式切换的特殊要求,对设计实现的基于现场可编程门阵列（FPGA）技术的数字化低电平控制系统采取了一系列优化措施,包括模式切换时段控制回路的开环、功率源两级调谐回路的错时闭环等。在射频系统样机平台开展的模拟实验表明该低电平控制系统动态性能良好,双谐波方案可行性得到了一定程度的验证。     

162.5 MHz高频数字低电平控制监控系统设计与实现

中国科学院近代物理研究所自主研发的ADS 162.5 MHz高频低电平控制采用数字化技术实现,控制环路的参数设置、开闭环操作以及状态监测都通过监控系统实现。该系统基于以太网通讯,采用轻量化客户端-服务器端的工作方式,运行在上位机的客户端程序发送指令数据包,运行在高频数字低电平系统的服务器端响应指令,完成参数监测与控制。系统首先以Atera公司Stratix Ⅲ系列现场可编程门阵列(FPGA)开发板为基础,构建以Nios Ⅱ处理器和三速以太网接口为核心的服务器端硬件系统;其次基于Micro C/OSⅡ实时操作系统和轻量级TCP/IP协议栈,设计服务器端软件系统;最后利用MFC设计运行于上位机的客户端界面程序。经过长时间测试运行,该监控系统运行稳定可靠,TCP发送和接收吞吐率达到11.931 038 Mbps和8.117 624 Mbps。     

Construction of the Phasing System for BEPCⅡ Linac

In order to get high beam quality, a RF distribution system is required, with minimal phase drifts and errors in the BEPCⅡ linac. The additional installation of phase reference cables and monitoring equipments and stable RF distribution for BEPC linac are finished. The master oscillator is chosen to offer RF signal with low phase noise and a stable phase distribution system is built to deliver RF signal to each klystron. A phase and amplitude detector is constructed to measure the phase precisely and an IΦA unit is used for a phase shifter. Control software based on EPICS is used to connect all the units of the system, and a phasing method based on BPM is adopted to optimize the phase of each klystron. Now the phasing system is installed and tested in the klystron gallery of the BEPCⅡ linac.     

EPICS在加速器控制系统中的应用

 介绍了当前国内外大型加速器实验室采用的主流控制系统软件开发工具EPICS的总体结构和特点,主要介绍了ASYN结构和特点,以及对使用ASYN软件包建立磁铁电源串口设备支持模块进行的研究,并将其应用于中国工程物理研究院驱动自由电子激光的30 MeV直线加速器磁铁电源控制系统中。同时还具体介绍了磁铁电源控制系统的结构以及系统软件设计,为直线加速器控制系统的建设做好准备工作。使用EPICS开发工具建立的加速器控制系统可以满足实验要求的高可靠性和高稳定性,从而为自由电子激光实验提供高品质束流。     

上海同步光源定时系统物理设计

正在建造中的上海光源(SSRF)设计为一台能量为3.5GeV的第三代同步辐射光源, 其定时系统的物理设计使其能够满足储存环的不同运行模式, 如单束团模式、多束团模式、混合模式及Top-up运行模式, 定时系统具有高的稳定性和低的时间晃动. 基于EPICS控制系统的定时系统可提供精确的可编程序事件驱动信号序列, 根据不同需求提供电子枪、调制器、增强器和储存环高频, 注入引出及束测等设备的触发信号.     

实验物理和工业控制系统在极向场电源控制系统中的应用

介绍了实验物理和工业控制系统（EPICS）的总体结构和特点,以及极向场电源控制系统监控网络的结构和特点,特别是EPICS设备支持在极向场电源控制系统的监控网络中的开发和应用。系统实现了实时监控极向场电源系统的现场设备和开关分合控制,实现了对极向场电源控制系统的电源控制单元的配置参数设置、控制模式的设置、时序控制等,并能及时报警、定位故障点。该系统监控的数字量及模拟量信号近2000路,且支持多用户操作,具备良好的跨平台移植性和扩展能力。经实验测试,该应用运行稳定,能满足极向场电源控制系统监控网络的需求。     

BEPC II直线加速器数字BPM前端调理电路的研制

针对北京正负电子对撞机改造工程（BEPC II）直线加速器束流位置测量电子学系统故障率上升这一现状,结合BEPC II直线加速器束流参数以及BPM电子学ADC芯片带通采样的需求,设计了隔离度高、幅相一致性好的数字BPM射频前端电子学模块。数字BPM电子学系统采用MicroTCA 4.0系统架构,以FPGA作为主控制器,基于EDA软件开发设计。重点介绍了射频前端电子学模块中射频功率放大器、数字可调衰减器、带通滤波器等设计和实验室及在线测试结果。BEPC II对撞模式下,使用正电子束流,完成电子学系统在线测试,x方向位置测量精度约为38.46 μm,y方向位置测量精度约为26.16 μm,其测量精度和系统稳定性优于商用模拟BPM电子学模块,能够满足BEPC II直线加速器束流位置测量需求。     

神光Ⅱ激光装置集中控制系统设计

为提高神光Ⅱ激光装置的计算机控制水平,以控制系统软件开发工具EPICS为框架,设计并开发了神光Ⅱ装置的集中控制系统。具体介绍了该控制系统的总体结构和软件的逻辑组成,并以数据库和驱动程序为实例探讨了在Linux环境下EPICS软件的开发和应用。实验结果表明:该控制系统能够满足神光Ⅱ装置对计算机集中控制系统的功能要求,也为高功率激光装置的集中控制提供了新方案。     

ADS注入器Ⅱ低温恒温器控制系统

设计了用于ADS注入器Ⅱ超导腔的低温恒温器控制系统。采用了基于EPICS 的分布式控制系统架构,以PLC 和串口服务器等为核心控制硬件,用PID 算法实现了恒温器内氦压和液氦量的自动控制,压力控制精度约为100 Pa,液氦高度误差约10 mm。利用EPICS 和LabVIEW 在局域网发布过程数据,实现了操作员界面对低温恒温器分布式系统的统一管理,控制系统设计性能满足使用需求,已经在ADS注入器Ⅱ超导高频腔水平测试中发挥了重要作用。Cryogenic module provides important low temperature environment for half wave resonance superconducting cavity in C-ADS injector Ⅱ, to ensure the effective operation of cryogenic module, a remote control system which is based on the physical and experimental industrial control systems (EPICS) is introduced in this paper. PLC and serial port server are used as field controllers. Host computer runs EPICS and LabVIEW which are capable of getting and releasing data in local area net. Operators manage all the equipments through a CSS interface which is linked to local area net. The control system which is simple structure and reliable work, has played an important role in the level test of HWR superconducting cavity.     

Digital prototype of LLRF system for SSRF

This paper describes a field programming gate array(FPGA)based low level radio frequency (LLRF)prototype for the SSRF storage ring RF system.This prototype includes the local oscillator(LO),analog front end,digital front end,RF out,clock distributing,digital signal processing and communication functions.All feedback algorithms are performed in FPGA.The long term of the test prototype with high power shows that the variations of the RF amplitude and the phase in the accelerating cavity are less than 1%and 1°respectively.and the variation of the cavity resonance frequency is controlled within ±10 Hz.     

Study and design of RF coupler for Chinese ADS HWR superconducting cavity

An RF power coupler is a key component of the superconducting accelerating system in Chinese ADS proton linac injector I, which is used to transmit 15 kW RF power from the power source to the superconducting HWR cavity. According to the requirement of working frequency, power level, transmission capability and cooling condition, the physics design of coupler has been finished, which includes RF structure optimization, thermal simulation, thermal stress analysis and so on. Based on this design, the prototype of HWR coupler has been fabricated, and it has successfully passed the high power test.