电容储能型重频强流电子加速器控制系统

针对电容储能型重频强流电子加速器对自动控制的要求,研制了一套基于LabVIEW和PIC单片机的远程触发控制系统。本系统用普通的数据采集卡和单片机硬件实现了复杂的电路控制和时序控制,具有信号采集、调用表格数据、控制晶闸管触发等功能,以实现储能电容对变压器原边电容的稳定谐振充电。将该控制系统应用在重频强流电子加速器平台,重复频率运行时,能够保持原边电容充电的一致性和稳定性,系统长时间运行可靠、稳定、抗干扰能力强。     

储能电容方式驱动强流脉冲加速器重频运行

 对储能电容方式驱动强流脉冲加速器初级能源回路重频运行进行研究,阐明其工作原理,给出了储能电容电压的适用范围,得到了储能电容的初始电压、原边电容的反向电压、储能电容对原边电容开始充电和能量回收回路启动之间的延时这三者之间的解析关系式。对实际应用的储能电容方式驱动强流脉冲加速器初级能源回路进行了模拟研究,制定了256×256的数据表格,供控制程序查表之用,根据数据表格,实现了储能电容方式驱动强流脉冲加速器稳定的重频运行。     

大功率高压恒流充电源研制

设计制作了一台大功率高压恒流充电源。该电源采用全桥串联谐振恒流充电拓扑结构,实现了0~30kV范围内输出可调,设计最大平均充电功率5kW。简要分析了电路的工作过程,给出了电路参数设计方法和设计实例,并进行了电路仿真和初步实验研究。实验中,使用该电源对18μF电容实现了30kV,0.1Hz重频充电,充电功率约1.35kW,目前电源已累计充放电万余次,运行稳定可靠。     

大功率高压恒流充电源研制

设计制作了一台大功率高压恒流充电源。该电源采用全桥串联谐振恒流充电拓扑结构,实现了0～30 kV范围内输出可调,设计最大平均充电功率5 kW。简要分析了电路的工作过程,给出了电路参数设计方法和设计实例,并进行了电路仿真和初步实验研究。实验中,使用该电源对18 F电容实现了30 kV,0.1 Hz重频充电,充电功率约1.35 kW,目前电源已累计充放电万余次,运行稳定可靠。     

脉冲功率系统中能量回收电路的改进

串联型能量回收电路从电路结构上保证了异常条件下脉冲功率系统中充电电源的安全,但恒流充电电源经回收电感向储能电容充电时会引起回收电路的振荡,不仅会造成充电电源输出过压和回收电感损耗增加,还会导致充电电压一致性明显变差等问题。在分析了回收电路振荡特性的基础上,提出了在回收电感两端并接旁路开关和双路充电输入的电路结构以及相应的充电控制方法,不仅可以抑制回路振荡从而提高充电一致性,还可以消除回收电感和旁路开关的不必要损耗且控制方法也简单通用。对包含有串接型回收电路的600 V/400 A充电系统进行了电路仿真和实验验证,实验结果表明：在600 V重频条件下,回收电路的改进方案可将储能电容电压的充电一致性偏差由10 V降低到2.6 V,对应的相对偏差由1.7%降低到0.5%以内。     

基于PIC单片机的种子源设计

对种子源结构进行了优化设计,为了缩短充电时间,在现有的电容和DC变换器基础之上,选用单片机作为控制芯片,利用其脉冲宽度调制(PWM）输出功能产生用于控制DC变换器的线性电压。对单片机PWM输出转化为线性控制电压的性能以及控制DC变换器恒流充电的可行性开展了实验研究。实验结果表明,基于PIC单片机的种子源储能可以达到250 J,充电时间缩短到6 min以内,满足实验要求。     

基于PIC单片机的种子源设计

对种子源结构进行了优化设计,为了缩短充电时间,在现有的电容和DC变换器基础之上,选用单片机作为控制芯片,利用其脉冲宽度调制(PWM）输出功能产生用于控制DC变换器的线性电压。对单片机PWM输出转化为线性控制电压的性能以及控制DC变换器恒流充电的可行性开展了实验研究。实验结果表明,基于PIC单片机的种子源储能可以达到250 J,充电时间缩短到6 min以内,满足实验要求。     

BEPCⅡ储存环束团流强测量

针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)原束团流强测量系统(BCM)不能稳定运行的问题,对系统进行了升级。利用高速ADC对束流位置探头(BPM)信号直接采样,在现场可编程门阵列(FPGA)内进行实时数字信号处理,进而得到加速器储存环内的束团流强值。基于反射内存网络,系统可以实现测量结果高速共享、实时显示。升级后系统实现了更高精度的测量,实时显示精度到0.1mA,最佳测量精度达到10μA。通过对系统的触发时钟和算法结构调整,系统实现了长时间的稳定工作,正负电子储存环均实现了对束团流强的均匀性控制,提高了加速器的对撞亮度。     

BEPCⅡ储存环束团流强测量

针对北京正负电子对撞机二期工程（BEPCⅡ）原束团流强测量系统（BCM）不能稳定运行的问题,对系统进行了升级。利用高速ADC对束流位置探头（BPM）信号直接采样,在现场可编程门阵列（FPGA）内进行实时数字信号处理,进而得到加速器储存环内的束团流强值。基于反射内存网络,系统可以实现测量结果高速共享、实时显示。升级后系统实现了更高精度的测量,实时显示精度到0.1 mA,最佳测量精度达到10 A。通过对系统的触发时钟和算法结构调整,系统实现了长时间的稳定工作,正负电子储存环均实现了对束团流强的均匀性控制,提高了加速器的对撞亮度。     

串联谐振充电电源分析及设计

 推导了串联谐振充电电源不同工作模式下的电流、电压计算公式，给出了计算不同周期电流、电压值的递推公式；应用递推公式说明了这种电源的脉动恒流充电特性；给出了负载电容不完全放电情况下电源参数的计算方法。在负载电容完全放电的情况下，电源的平均输出功率为最大输出功率的一半，在负载电容电压基本维持恒定的情况下，电源平均输出功率与最大输出功率相等；最后给出了一台为Tesla型加速器初级储能电容充电的谐振电源的设计实例，电源的实测结果和计算结果一致，在100Hz重复频率下运行稳定可靠。     

Intelligent low-level RF system by non-destructive beam monitoring device for cyclotrons

The project of a 10 Me V PET cyclotron accelerator for medical diagnosis and treatment was started at Amirkabir University of Technology in 2012. The low-level RF system of the cyclotron accelerator is designed to stabilize acceleration voltage and control the resonance frequency of the cavity. In this work an Intelligent Low Level Radio Frequency Circuit or ILLRF, suitable for most AVF cyclotron accelerators, is designed using a beam monitoring device and narrow band tunable band-pass filter. In this design, the RF phase detection does not need signal processing by a microcontroller.     

医用加速器装置的离子源进气系统控制

HIMM是国产自主研发的医用加速器装置,作为目前最大的医学放疗装置,整个加速器控制系统的稳定性和可靠性要比工业系统有更高的要求。离子源针阀是离子源产生束流的重要组件,气体流量的大小和混合比直接影响源体真空度、电离效率、离子源稳定性等。本文针对HIMM离子源进气系统设计了基于三菱伺服电机和菲尼克斯PLC的控制系统,从系统结构、硬件设计、软件设计、数据分析等方面进行了介绍。为保证系统稳定性,加入伺服驱动器与相关真空度的硬连锁和远程开关功能。经过实际测试,该系统运行稳定,定位精度可达0.1?,满足设计要求。     

基于EPICS的CSRe束流诊断控制系统升级

兰州重离子加速器(HIRFL)冷却存储环的实验环（CSRe）提供高品质的束流用于高精度的质量测量、原子物理等实验研究,实现束流参数的准确测量是进行物理实验的前提保障。目前,CSRe加速器控制系统已升级为EPICS架构。介绍了基于EPICS的束流诊断控制系统现状,并利用升级后的控制系统测量了束流相关参数。其中,束流位置系统能够测量注入束流的逐圈位置信息,测量结果发现束流在注入过程中存在一定程度的震荡,影响注入效率。流强测量系统通过高分辨的数据采集卡实现对DCCT信号的精确测量,同时增加了D事例触发功能。升级后的控制系统,可以实现束流参数的测量,并集成于加速器控制系统的EPICS CSS界面。     

基于Channel Archiver的加速器数据采集系统

 采用Channel Archiver从加速器控制系统底层输入输出控制器获取和存储数据, 通过开发WEB人机界面和软件接口及客户端向计算机用户提供数据在线或离线的智能检索。该系统操作灵活,信息检索方便,目前已经对合肥光源做了长时间的稳定采集、存档和检索。可以帮助研究人员快捷高效地获得过程运行数据,很好地满足了对合肥光源机器运行和机器研究的需要。     

Tesla变压器型电子束加速器初步实验

介绍了一种Tesla变压器型的强流电子束加速器。当变压器初级输入20kV左右的电压时,加速器二极管输出电压500kV,电流9kA,信号脉宽大约50ns,该装置具有结构简单,安装方便,运行可靠等特点。     

基于Channel Archiver的加速器数据采集系统

采用Channel Archiver从加速器控制系统底层输入输出控制器获取和存储数据, 通过开发WEB人机界面和软件接口及客户端向计算机用户提供数据在线或离线的智能检索。该系统操作灵活,信息检索方便,目前已经对合肥光源做了长时间的稳定采集、存档和检索。可以帮助研究人员快捷高效地获得过程运行数据,很好地满足了对合肥光源机器运行和机器研究的需要。     

Tesla变压器型电子束加速器初步实验

 介绍了一种Tesla变压器型的强流电子束加速器。当变压器初级输入20kV左右的电压时，加速器二极管输出电压500kV，电流9kA，信号脉宽大约50ns，该装置具有结构简单，安装方便，运行可靠等特点。     

加速器驱动次临界系统注入器Ⅱ的真空控制系统

真空系统是加速器驱动次临界系统项目注入器Ⅱ的重要组成部分之一,为了保证其工作效率设计了一种基于实验物理及工业控制系统(EPICS)架构的远程控制系统。根据被控设备硬件接口的特点及控制需求分别采用PLC和串口服务器等作为控制设备,在主控机中使用LabView编程实现了对系统内所有设备的监控,并借助于DSC模块把设备状态和参数等以过程变量的形式进行网络发布。同时根据系统特点设计了软硬件相结合的连锁保护方案,增加了系统的可靠性,为5 MeV束流实验的顺利进行提供保障。