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。     

合肥光源小功率直流磁铁电源的研究

电子加速器通过对电磁场精细调整使得电子束按理想轨道运行,要求励磁电源电流精度高、稳定度高、纹波小、抗干扰能力强。介绍了合肥光源小功率直流磁铁电源系统结构和控制器系统及控制算法,并进行了仿真和实验研究。实验测得,在负载电感1 mH、等效串联电阻0.049 ,输出电流25 A下电流纹波率2.12,40 min电流稳定度6.6,电流分辨率0.01。这表明:所设计的主电路和控制器系统适用于小功率直流磁铁电源的实验研究。     

并联交错PFC技术在磁体电源中的应用

并联交错功率因数校正(powerfactorcorrection,PFC)具有能减小输入电流纹波,减小电感磁芯尺寸,减小输出电容纹波、功率因数高等优点．针对其优点,考虑将该变换器应用到强磁场中心的超导磁体电源的备用方案中,以弥补现在运行电源体积过大的不足．本文主要介绍了并联交错PFC的工作原理,对其参数进行设计和选型,分析了控制方法,利用SiC器件,搭建了１kW 的实验样机,实验验证了方案的可行性,为下一步超导磁体电源的升级改造提供了理论和工程经验。     

升级EAST快控电源控制器研制

针对EAST快控电源缩短电流响应时间的要求,升级的快控电源控制器采用TMS320F28335替代原快控电源支路控制器中的TMS320F2812,实现响应和输出脉冲宽度调节(PWM)控制上的载波相移,提高系统等效开关频率,减小输出电压响应延时。经过实验验证,升级的快控电源控制器实现预定目标,有助于提升EAST装置抑制等离子体垂直位移不稳定性的能力。     

SC-200质子加速器输运部磁体电源的输出纹波形成机理分析及其Simplorer仿真

介绍了质子治疗加速器输运部二极磁铁电流源的技术要求、主电路拓扑。该电源要求输出电流精度为25ppm，纹波小于25ppm。电源输出电流纹波由低频纹波和高频纹波组成。对电源输出电流纹波的形成机理进行了详细的理论分析和数学计算。得出了基于冲量控制原理的脉冲宽度调制(PWM)电流跟踪控制技术可以有效消除输入低频纹波对输出电流的影响。同时也对输出电流高频纹波采用两种方法进行了定量的数学分析，并得出量化的结论和计算公式。借助AnsoftSimplorer电路仿真软件构建模型，验证了纹波规律结论及计算公式的准确性，并且提出了相应的纹波抑制策略。     

电容放电式脉冲励磁电源研究

 针对大型直线感应加速器单次工作的特点，研制了一种电容放电式脉冲励磁电源。该电源利用电容器的储能特性，取代常规电源的变压整流滤波部分，先对其以小电流恒流充电，然后再以大电流恒流放电来获得直线感应加速器励磁电流。对这种电源进行了理论分析和模拟计算，模拟结果与实验结果基本一致。实验结果表明：这种电源能够脉冲工作，同时输入功率大幅度降低，在输出电流500 A，持续时间0.3 s时，输入功率400 W，输出功率25 kW，电流稳定度0.2%， 谐波小， 电流纹波小，所用电容器100块左右(33 mF)，经济上也可承受，是一种非常适合直线感应加速器的励磁电源。     

兰州重离子回旋加速器主场电源改造

为满足分离扇回旋加速器（SSC）对于磁场精度的需求,需对其主场电源进行改造。提出开关电源与线性电源相结合的方式作为SSC主场电源的改造方案。电源总体分为两部分,采用模块化的开关电源作为前级电压源,三极管线性调整电路作为后级模块的主电路,充分利用两种电源的优势,实现高稳定度、低纹波的电流输出,同时大幅度提升电源的功率密度和可靠性。文章介绍了电源的工作原理及改造过程,详细阐述了三极管线性放大原理以及管压降控制电路、输出电流控制电路的设计与实现,通过仿真对电路进行功能验证,最终在电源样机上进行实验测试。测试结果表明:改造后主场电源输出电流稳定度达到了±3.99×10?6,电流纹波达到了2.7×10?9,各项性能均优于改造前。     

基于悬浮拓扑的加速器脉冲电源设计

随着加速器技术的发展,重离子加速器脉冲电源工作频率逐步提高,电流上升速率逐步提升。脉冲电源磁铁负载具有阻感特性,其在电流波形上升段将吸收大量的无功,会对电网产生周期性强冲击;同时,快电流上升速率下的高精度要求,对电源设计提出了新的挑战。论文设计了一种基于电容储能的悬浮型H桥级联拓扑,利用电源自身储能电容和负载电感进行无功交互,实现了无功能量的内部循环,以减小对其对电网冲击;同时采用H桥级联多电平结合移相倍频控制,以保证电源快动态响应下的高精度需求。样机实验结果验证了电源拓扑和控制原理的可行性,为加速器快电流上升速率脉冲电源提供了一种新的解决方案。     

一种线性速度估计器在光电跟踪系统伺服控制中的应用

高性能的伺服控制除了需要高质量的控制器,还需要高质量的反馈信息。对于光电跟踪系统,通过位置和电流传感器可以提供位置和电流信息,而速度信息则需要通过处理测量信息得到。传统的差分方法会放大位置信息中的量化噪声,从而降低光电跟踪系统的精度。介绍了全维状态观测器及其基本原理,结合伺服控制系统电机模型架构,设计了一种线性速度估计器,并讨论了其参数选择问题。采用抗积分饱和PI控制器和积分分离PI控制器作为三环控制回路的控制器,在某型号光电跟踪系统对该算法进行了实验。实验结果证明,采用该算法的伺服控制系统基本无超调,上升时间0．43s,稳定时间0．65s,跟踪精度为1．78″,完全满足实际工程要求。     

基于 LabVIEW 的实时控制框架 在 J-TEXT 上的应用

为了支持 J-TEXT 装置上等离子体偏滤器位形实验的研究，基于 LabVIEW 编程语言开发了一套实 时控制框架。在 J-TEXT 装置中，利用该实时控制框架以及选取合适的 NI 采集卡、控制器组建了偏滤器单零位形 的辅助电源-偏置电源的控制系统，并对该电源进行了测试。测试结果表明该电源能够在 1ms 的控制周期内输出 2kA 的电流，满足 J-TEXT 偏滤器单零位形放电的实验要求。该框架的开发极大地提高了组建实时控制系统的效 率，增强了控制程序的可读性以及可维护性，为 J-TEXT 装置提供了一套完善的、简便的，易于拓展及移植的实时控制框架。     

EAST装置电子回旋共振加热系统中央控制器设计

介绍了基于可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片的电子回旋共振加热(ECRH)系统中央控制器的设计,阐述了中央控制器对输入的总控触发信号、等离子体电流信号、ECRH系统状态信号、高压输出状态信号、波输出状态信号、各类停止信号以及各输出控制信号等的处理与控制逻辑.对FPGA程序做了时序仿真,仿真结果表明,该控制器能够实时响应总...     

并联谐振变换器式电容器充电电源

针对采用串联谐振变换器电容器充电电源的不足,通过分析、改进并联谐振变换器拓扑,研制了基于并联谐振全桥变换器研制的10 kJ/s,100 kV电容器充电电源,变换器开关采用脉冲宽度调制技术,开关频率达40 kHz,电源的反馈控制电路基于数字信号处理全数字控制器。并给出了充电电源及主要部件高频高压变压器的设计注意事项、经验及实验结果。     

基于TL494开关电源的设计

开关电源主回路将输入的15VAC电压整流滤波所得的直流电压通过升压斩波电路,变换为25-30VDC输出。主控制器为PIC16F877A单片机。整个系统由整流滤波电路、DC-DC变换器、控制电路、按键显示等模块组成。主控制器和TL494以闭环形式控制DC-DC变换电路,实现输出电压稳定可调。该电源还具有过流保护、自恢复、软启动和短路报警功能。     

医用加速器二极磁铁的非单一工作模式电源控制器设计

近年来,离子治疗技术在国内外发展迅速.为满足加速器调试和不同治疗方案对医用回旋加速器装置的不同束流能量要求,二极磁铁电源要求工作在可相互切换的直流、有序触发和周期脉冲三种模式.使用中国科学院近代物理研究所自主研发的集成盒装式控制器,实现了对电源的控制和保护功能.为了适应调试和治疗两种不同场合的需求,控制器还支持本地和远...     

基于高温超导脉冲变压器的脉冲电源测控系统

为了监测脉冲电源的放电特性、控制脉冲电源的可靠工作,采用现代测试技术、虚拟仪器技术和数据库技术,设计了基于高温超导脉冲变压器的脉冲电源测控系统,硬件系统由计算机、单片机、数据采集卡、驱动电路板和电压电流传感器等组成,软件系统采用LabVIEW来进行设计.在脉冲电源的测量算法中,采用基于EEMD的消噪算法,消除了噪声,采用基于最小二乘法的数据拟合算法,准确的测量出脉冲电源电流的峰值、脉宽等参数.实验结果表明,该系统可以实时监测和控制脉冲电源的工作过程,实现了电参数的在线测量和整体系统的闭环控制.     

双谐振拓扑高压脉冲电容器充电电源

脉冲电容的充电电源是脉冲功率技术中的关键设备,为研究更高精度的高压脉冲电容充电电源,基于一种较为新颖的双谐振拓扑结构,通过推导传递函数,分析了其电压和电流传输特性。根据双谐振电路存在两个谐振点的特性,提出基于双谐振变换器的充电电源充电方式,即充电阶段采用串联谐振工作模式,到高压保持阶段通过频率调制降低开关频率至接近第二谐振点,实现对脉冲电容自放电压降的动态补偿,从而保证高压充电电源充电精度的同时,极大地提高脉冲电容的高压稳定度。为验证所提出方式的可行性,基于Matlab/simulink搭建仿真模型,分别对串联谐振全桥变换器和双谐振全桥变换器两种拓扑结构进行仿真,实验结果验证了所提出双谐振拓扑的频率调制方式的可行性。     

ADS注入器Ⅱ超导磁铁电源控制器的设计

针对加速器驱动次临界系统(ADS)注入器Ⅱ对超导磁铁电源系统的要求,设计了一款主要由光纤模块、数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)相关电路组成的高稳定度的超导磁铁电源控制器。提出了一种基于数字电位器(DCP)与现场可编程门阵列(FPGA)所组成的DAC,该DAC可以实现高稳定度的超导磁铁电源的控制,电源电流值通过该DAC给定,其电压给定输出稳定度优于2×10-5,完全满足超导磁铁电源系统5×10-5量级的稳定度要求。最后给出了系统的实际测试数据,验证了设计的合理性和使用的可靠性。     

一种用于弧流电源的新型打坑电路设计

作为中性束注入加热系统的核心设备,弧流电源的性能至关重要。打坑电路是弧流电源的重要组成部分,其动态响应特性及稳定性决定了弧流电源的性能。提出了一种用于弧流电源的新型打坑电路解决方案,能在150 μs内快速实现大电流的跌落和恢复,并且跌落和恢复过程中基本无过冲,用于转移的电子开关(比如IGBT)在开关过程中过电压小,可靠性高,吸收电路容易实现。该方案可以很好地替代传统的弧流电源打坑电路。     

MW级中性束注入弧电源系统优化

中性束注入弧电源的性能严重影响弧放电的稳定性和中性束加热的效率。HL-2A装置弧电源采用基于晶闸管相控调压和12脉波不控整流的线性电源技术;HL-2M测试束线弧电源采用基于超级电容和IGBT全控整流的开关电源技术。为了优化电源系统性能、改进弧放电稳定性,研究了采样频率对弧放电稳定性的影响。通过对两套电源控制系统进行建模,利用MATLAB仿真了不同采样频率下HL-2M弧流电源控制系统的阶跃响应性能和HL-2A的控制系统性能,分析了采样频率对系统性能的影响。利用离子源测试平台进行不同采样频率下的弧放电实验对仿真结果进行验证,实验结果与仿真结果一致。实验结果验证:采样频率对弧放电稳定性有很大影响,在频率可调范围内,增大采样频率,可以提高控制系统性能,优化弧放电稳定性;HL-2A弧放电不稳定的原因是晶闸管导通特性和滤波电路引起的。