基于实时Linux的极向场电源主控制系统的设计

为了满足极向场电源控制系统严苛的实时响应的要求,选择实时Linux系统作为系统平台,采用一个开放源代码的、基于C/C++的Eclipse可扩展的开发平台作为开发工具,完成极向场电源主控制系统的设计,实现了在一个控制周期内(1ms)对极向场电源系统的12套本地控制器的实时通信和实时控制。对极向场电源主控制系统的高速通信和实时控制、稳定可靠等关键问题给出了可行的实践性的解决方法。经实验测试,该设计运行稳定,能满足极向场电源控制系统的实时需求。     

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。     

ITER PF电源现场层监控系统网络拓扑延时分析

为保障ITER极向场(PF)电源系统的高实时性控制需求,根据其设备体积大、分布分散等特点,选取了支持多种设备连接拓扑的实时工业以太网现场总线EtherCAT作为ITER PF电源现场层监控系统的数据通讯协议。为研究ITER极向场电源现场层监控系统的实时性,分析了数据帧在几种适合ITER PF整流器单元现场层信号采集与控制的现场总线设备网络拓扑中的传输延时,通过搭建测试平台验证了方案设计的可行性与正确性。在满足控制系统高实时性要求的同时,经对比找出了较为适合的设备网络拓扑来设计ITER PF电源现场层监控系统,也为ITER PF电源的其他子控制系统的拓扑优化提供了借鉴。     

HL-2M装置等离子体放电反馈控制系统

通过对HL-2M装置极向场线圈的参数和初始等离子放电控制需求的分析,基于实时采集系统和反射内存实时数据传输的先进控制集成技术,完成了整个HL-2M初始等离子体放电反馈控制系统的设计。新系统实现了稳定的1ms控制周期和实时数据传输,同时解决了实时控制周期和数据传输的延迟。实验结果表明新设计的等离子控制系统能满足初始等离子体极向场线圈电流控制的需求。     

HL-2M装置等离子体放电反馈控制系统

通过对HL-2M装置极向场线圈的参数和初始等离子放电控制需求的分析，基于实时采集系统和反射内存实时数据传输的先进控制集成技术，完成了整个HL-2M初始等离子体放电反馈控制系统的设计。新系统实现了稳定的1ms控制周期和实时数据传输，同时解决了实时控制周期和数据传输的延迟。实验结果表明新设计的等离子控制系统能满足初始等离子体极向场线圈电流控制的需求。     

EAST极向场电源本地控制器软件设计与实现

本地控制器是EAST (Experimental Advanced Super—conducting Tokamak)极向场电源控制系统重要的子系统,实现对12套电源系统的实时控制,设备状态监控以及系统保护。本地控制器采用主从结构的实时控制软件架构,共享内存实现内部数据传输,脉冲式消息传递触发进程执行;通过现场总线、硬件板卡、反射内存网络等与现场设备和主控制器进行数据传输;通过数字移相板卡实现对整流器的环流、四象限等运行控制。经实验测试,该设计运行稳定,能满足极向场电源控制系统对本地控制器的实时性可靠性的需求。     

基于EtherCAT的ITER极向场电源现场层监控系统设计

根据ITER 大功率极向场电源高实时性与高可靠性控制的需求,选取了具有高实时通讯性能的工业以太网现场总线EtherCAT(以太网控制自动化技术)设计ITER 极向场电源现场层监控系统。依据ITER 极向场电源装置体积大、分布较为分散的特点,为保障高可靠性的数据传输,对比了可构成的两种EtherCAT 环网冗余拓扑的可靠性,选取从站单元中最末端从站是将E-BUS 转换为100BASE-TX/FX 的拓展模块的可靠性较高的环网冗余拓扑来设计极向场电源现场层监控系统的拓扑结构。使用了组态软件TwinCAT(基于Windows 的控制和自动化技术)对系统进行配置,同时绘制了具有可直观显示并控制现场信号等功能的HMI 界面。经测试,该系统可实现对现场层数百路模拟与数字量信号的实时监控,满足了ITER 极向场电源的高实时性与可靠性的控制需求。     

基于实验物理和工业控制系统的电源操作节点开发

EAST极向场电源在近期实施了控制系统升级。操作节点是控制系统的一个重要部分,它可以实时监控和控制电源运行和及时报警、故障定位,支持多用户同时操作,具有良好的跨平台的可移植性和可扩展性。受ITER控制、数据访问和通信（CODAC）启发,实验物理和工业控制系统( EP ICS)已被选为控制系统框架,采用CSS开发人机接口界面。经过EAST秋季实验验证,操作节点程序稳定,人机界面友好,给实验人员提供了便利,符合EAST实验的需要。     

质子治疗装置动态电源控制系统研发

针对质子治疗装置中主环动态电源多平台能量的引出需求,研制了基于开源平台的高速实时动态电源控制系统,该控制系统以开源平台Beaglebone作为顶层硬件接口,以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的控制器作为底层硬件接口,采用分布式的实验物理及工业控制系统(EPICS)进行远程控制。该系统可实时传输任意动态电源的输出参考电流波形数据,并结合定时系统与联锁系统,控制动态电源按预设电流波形进行输出,并实现多平台能量的引出。实验结果显示该控制系统能实现每秒最高十万条指令传输,百万次数据传输零误码率。同时,该系统结构灵活、扩展性强,可作为通用控制平台。     

基于JRTF的新型偏滤器电源控制系统

为了满足复杂实验条件下对等离子体控制的要求,设计和研发了实时框架JRTF的新型偏滤器电源的控制系统。JRTF框架是一个在J-TEXT装置上开发实时控制系统而实现的实时框架,结合了当前J-TEXT电源控制系统的经验,符合当前电源系统的控制特点,并且与现有中央控制系统兼容,同时支持更多的硬件,在软件和硬件标准上与ITER兼容。新偏滤器电源控制系统在用于J-TEXT的实际运行下表现了良好的控制性能,并具有不错的实时表现。     

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为了满足复杂实验条件下对等离子体控制的要求,设计和研发了实时框架JRTF的新型偏滤器电源的控制系统.JRTF框架是一个在J-TEXT装置上开发实时控制系统而实现的实时框架,结合了当前J-TEXT电源控制系统的经验,符合当前电源系统的控制特点,并且与现有中央控制系统兼容,同时支持更多的硬件,在软件和硬件标准上与ITER兼容.新偏滤器电源控制系统在用于J-TEXT的实际运行下表现了良好的控制性能,并具有不错的实时表现.     

J-TEXT 动态扰动场交流电源控制系统设计

对 J-TEXT 动态扰动场交流电源及其控制系统进行了介绍,重点对基于FPGA 全数字锁相环的逆变控制单元进行了分析、设计和优化。给出了动态扰动场交流电源及其逆变控制单元的测试和实验结果。结果表明该设计的交流电源控制系统能够满足物理实验对电源输出电流频率、相位调节的需求,能够保证电源的可靠、稳定运行。     

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基于QNX实时操作系统的IDE编译平台,设计开发了J-TEXT装置纵场电源的实时控制系统。该系统具有良好的实时性、可靠性和稳定性,成功控制纵场电源产生了92.5kA、平顶时间为1s的准梯形脉冲电流,在等离子体中心产生1.74T的磁场,满足了J-TEXT装置目前放电实验的需要。     

HT-7U装置极向场电源变流系统的研制

介绍了HT-7U极向场电源中所使用的变流系统,提出了一种新的四象限运行控制方法,解决了极向场电源设计和制造的难点。实现了15kA的有环流运行。     

基于CompactRIO的四旋翼飞控实时仿真平台设计

针对四旋翼无人机实时飞行控制系统的控制算法设计与参数整定,设计了一种基于CompactRIO的飞行控制系统实时仿真平台,该平台使用两台CompactRIO作为主控制器,分别在其嵌入式实时系统(VxWorks)中运行Simulink设计的无人机动力学模型与飞行控制系统模型,并使用LabVIEW开发PC上位机监控程序,用于调整飞行状态和整定控制参数。经试验证明,该平台实用性强,可视化程度高,实时性好,能较好地对四旋翼飞控系统进行实时仿真验证。     

HL-2A中性束加速极电源分布式控制的设计与应用

针对HL-2A装置的中性束加速极电源系统的远程管理和监控,设计了以太网环境下的分布式控制系统。该系统核心部分是PC-104嵌入式工控机、数字接口卡、模拟接口卡以及控制软件。以中性束加速极电源系统为出发点,提出了控制系统的设计要求。从硬件设计和软件设计两方面,论述了分布式控制策略在中性束加速极电源系统中的具体实现。实验证明,该控制系统兼顾了远程管理和实时控制,实现了电源系统的稳定运行。     

EAST极向场超导线圈电源控制网络的可靠性研究

为满足EAST极向场超导线圈电源控制的高可靠性要求,结合电源控制网络的特点,采用双网热备份冗余技术进行可靠性优化,并改进了相应软件。对比分析了优化前后控制网络的可靠性,结果表明软硬件优化提高了系统的可靠性,满足了电源控制的高要求。     

托卡马克脉冲电源实时控制系统设计

为提高托卡马克装置磁场电源的控制性能,实现对等离子体的先进控制,设计了基于LabVIEW RT和FPGA的磁场电源实时控制系统。根据等离子体控制对电源控制系统实时控制的要求,使用反射内存卡实现实时数据传输,应用实时操作系统来保证系统的确定性应用和系统的可靠性,采用NI 7813R系列数据采集卡实现对晶闸管变流器的控制。实验结果表明,该系统满足等离子体放电对电源控制系统实时性的要求,并具备较高的可靠性和稳定性。     

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介绍了HL-2A装置上用于二级加热系统的PSM高压脉冲电源的反馈控制系统.该电源控制系统以DSP+FPGA作为控制核心,输出112路驱动脉冲,以此来控制112个IGBT的通断,包括了驱动、通信、计算、反馈等部分,使电源系统输出稳定高压.设计了远程通信系统,其中基于VB的上位机与控制系统之间采用CAN总线技术来实现电源系统的相关参数设定及传输.DSP与FPGA实现了计算、反馈等功能.完成了相关的代码编写与系统测试.实验测试结果表明,该控制系统实现了高压电源的稳定输出,满足了实验的需求.     

PSM高压电源反馈控制系统研制

介绍了HL-2A装置上用于二级加热系统的PSM高压脉冲电源的反馈控制系统。该电源控制系统以DSP+FPGA作为控制核心,输出112路驱动脉冲,以此来控制112个IGBT的通断,包括了驱动、通信、计算、反馈等部分,使电源系统输出稳定高压。设计了远程通信系统,其中基于VB的上位机与控制系统之间采用CAN总线技术来实现电源系统的相关参数设定及传输。DSP与FPGA实现了计算、反馈等功能。完成了相关的代码编写与系统测试。实验测试结果表明,该控制系统实现了高压电源的稳定输出,满足了实验的需求。