中国散裂中子源/快循环质子同步加速器射频同步相位环路的数字化控制

 介绍了中国散裂中子源/快循环质子同步加速器射频同步相位环路的数字化控制系统设计方案,并利用ALTERA公司的现场可编程门阵列开发面板进行了系统开发,完成了控制回路的编程与仿真,进行了桌面实验和低功率实验,并对其进行了分析与讨论。实验结果表明：同步相位环路运行稳定,控制误差小于1°,满足物理设计要求。     

中国散裂中子源/快循环质子同步加速器射频同步相位环路的数字化控制

介绍了中国散裂中子源/快循环质子同步加速器射频同步相位环路的数字化控制系统设计方案,并利用ALTERA公司的现场可编程门阵列开发面板进行了系统开发,完成了控制回路的编程与仿真,进行了桌面实验和低功率实验,并对其进行了分析与讨论。实验结果表明：同步相位环路运行稳定,控制误差小于1°,满足物理设计要求。     

中国散裂中子源快循环同步加速器壁电流探测系统

在中国散裂中子源工程中, 快循环同步加速器负责将剥离注入的能量为80MeV的质子束加速至1.6GeV后引出。在快循环同步加速器上共安装了两台壁电流探测器, 用来观测束流从注入至引出过程中束团在时域上的变化情况。详细介绍了壁电流探测器在陶瓷间隙、磁性材料和匹配电阻等方面的设计考虑, 以达到带宽满足百kHz到30 MHz的设计目标, 并对实际带束流测量结果进行分析讨论。经实际在线运行测试, 此壁电流探测器完全满足束流调试及运行需要。     

中国散裂中子源快循环同步加速器主剥离膜设计

设计了中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)注入区的主剥离膜装置。为降低研制难度和成本,提高运行可靠性,选择了回转体式的结构。根据在线可调性、高稳定性、高定位精度和超高真空等技术难点,给出了CSNS/RCS主剥离膜的具体结构方案和控制方案。利用ANSYS有限元分析软件和材料力学原理,对设备的核心部件不锈钢同步带进行了模拟计算和理论分析。     

中国散裂中子源/快循环同步加速器束流负载效应的补偿

针对强流质子同步加速器中的束流负载效应,基于中国散裂中子源/快循环同步加速器射频系统样机,在不降低腔体Q值的前提下,以数字化低电平控制为主要技术手段,对束流负载效应进行补偿。提出完整的由多控制环路组成的束流负载效应补偿方案。该方案主要由引入自适应算法的束流前馈和高带宽低延时的射频直接反馈,以及在束流负载下对腔体谐振状态进行控制的腔体预失谐和动态调谐等组成。     

中国散裂中子源快循环同步加速器主准直器的设计与研究

为满足强流加速器对准直器高散热性能、高抗辐射性能、超高真空、高定位精度、高稳定性和在线实时调整等特殊要求,在CSNS/RCS主准直器设计时针对结构方案和控制方案进行了详细设计和研究,针对关键部件：刮束器、真空盒、驱动装置和远程快速拆卸装置等设计难点进行了阐述,在设计中使用ANSYS完成了刮束器的热分析及支架强度和变形校核,用FLUKA程序对辐射屏蔽进行了分析和设计,确保主准直器设计的可靠性。     

中国散裂中子源快循环同步加速器主准直器的设计与研究

为满足强流加速器对准直器高散热性能、高抗辐射性能、超高真空、高定位精度、高稳定性和在线实时调整等特殊要求,在CSNS/RCS主准直器设计时针对结构方案和控制方案进行了详细设计和研究,针对关键部件:刮束器、真空盒、驱动装置和远程快速拆卸装置等设计难点进行了阐述,在设计中使用ANSYS完成了刮束器的热分析及支架强度和变形校核,用FLUKA程序对辐射屏蔽进行了分析和设计,确保主准直器设计的可靠性。     

中国散裂中子源大功率可编程脉冲电源设计

在中国散裂中子源大功率可编程脉冲电源设计中,主回路采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT) H桥串并联拓扑,错相工作方式,利用IGBT功率放大的特性,实现了电源高功率(60 MW)、高频率(1.843 2 MHz)、高压(3.319 kV) 和大电流（18 kA）的要求,并通过电源反馈控制系统,实现了电源的快速响应时间,使电源跟踪精度达到1.5%,满足指标要求。在电源研制中,解决了IGBT高压、大电流的均压和均流问题;由于IGBT工作在开关状态,为了消除谐波,利用多重化技术,得到了光滑的输出脉冲电流曲线;采用电流互感器的并联,实现了输出大电流的检测;电源的反馈控制策略采用比例和前馈运算,实现了电源输出波形对给定波形的快速跟踪。     

北京散裂中子源快循环同步环磁聚焦结构设计

快循环同步环(RCS)是北京散裂中子源(BSNS)的一个重要组成部分, 其物理设计对加速器的性能和造价起到决定性作用. 文章研究了能满足北京散裂中子源~RCS~要求的几种磁聚焦结构, 给出了一个三折结构的详细设计, 并比较分析了其他可供选择的磁聚焦结构.     

中国散裂中子源快循环同步加速器中色品校正及六极磁铁非线性效应

中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）把能量为80 MeV的束流储存并加速到1.6 GeV然后引出到靶站。为了减少RCS中的束流损失，有必要对RCS做色品校正，并减小动量偏移对束流光学的影响。尝试了多种色品校正方案并对不同色品校正方案做了比较。用三维跟踪程序SIMPSONS研究了色品校正六极铁与空间电荷效应对束流的影响。色品校正六极铁可以有效减小色品引起的频散，但是由于六极铁为非线性元件，导致不同振幅的粒子间有一定频散。模拟发现同时存在空间电荷效应和色品校正六极铁时，会有少量的束流损失。     

CSNS RCS注入涂抹凸轨磁铁脉冲电源设计

中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)是一台高束流功率质子加速器, RCS注入系统是将直线加速器预加速的负氢离子束流通过剥离的方式注入到RCS环中, 注入系统采用凸轨方案和相空间涂抹技术并要求涂抹凸轨磁铁脉冲电源输出脉冲电流的下降沿能够被程序控制, 电源采用IGBT功率放大的方式产生脉冲电流, 用程序控制电源的给定波形, 通过电源反馈控制系统, 使电源的输出波形跟随电源的给定波形, 达到控制电源输出脉冲电流下降沿的目的. 电源输出脉冲电流的跟踪误差是涂抹凸轨磁铁脉冲电源的重要指标, 为了满足跟踪误差小于2%的指标, 要求IGBT拓扑频率大于400kHz. IGBT拓扑采用IGBTH桥串并联错相工作的方式达到分压、分流和提高频率的作用. 高功率、高频率、快速的响应时间和最佳的反馈控制策略是涂抹凸轨磁铁脉冲电源具有良好性能的关键.     

HIRFL-CSR六极磁铁数字电源研究与设计

设计了一台用于兰州重离子加速器HIRFL-CSR的六极磁铁数字电源, 该电源以H桥变换器为主拓扑结构电路, 采用Cyclone II FPGA作为核心硬件, 以Verilog语言实现了全数字化的PI调节算法。 电源输出电流达到了340 A, 直流电流稳定度达到了3.14×10-5, 达到了1×10-4的设计指标。One digital power supply was designed for the sextupole magnets of Cooler Storage Ring of the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL CSR). It adopts H Bridge convertor as the main topology circuit and Cyclone II FPGA as the main hardware, and has realized fully digitized PI regulation arithmetic by Verilog language. The peak current of the power supply reaches 340 A and the stability approaches 3.14×10-5. Finally the power supply has achieved the designed specification of 1×10-4.     

CSNS引出冲击磁铁脉冲电源设计

从脉冲电源参数计算, 电源整体设计, 脉冲形成网络(PFN)设计和优化等方面介绍了中国散裂中子源快循环同步加速器引出Kicker磁铁脉冲电源的初步设计情况, 提出一种新型的低阻抗PFN设计方法, 给出了脉冲电源和PFN的参数, 利用PSPICE程序仿真了充电电压为36.5kV情况下磁铁的励磁脉冲电流波形, 励磁电流脉冲幅值达到5.8kA. 结合仿真结果, 分析了不同PFN节数和传输电缆长度对磁铁电流波形的影响.     

CSNS RCS注入涂抹凸轨磁铁脉冲电源设计

中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)是一台高束流功率质子加速器,RCS注入系统是将直线加速器预加速的负氢离子束流通过剥离的方式注入到RCS环中,注入系统采用凸轨方案和相空间涂抹技术并要求涂抹凸轨磁铁脉冲电源输出脉冲电流的下降沿能够被程序控制,电源采用IGBT.功率放大的方式产生脉冲电流,用程序控制电源的给定波形,通过电源反馈控制系统,使电源的输出波形跟随电源的给定波形,达到控制电源输出脉冲电流下降沿的目的.电源输出脉冲电流的跟踪误差是涂抹凸轨磁铁脉冲电源的重要指标,为了满足跟踪误差小于2%的指标,要求IGBT、拓扑频率大干400kHz.IGBT拓扑采用IGBT H桥串并联错相工作的方式达到分压、分流和提高频率的作用.高功率、高频率、快速的响应时间和最佳的反馈控制策略是涂抹凸轨磁铁脉冲电源具有良好性能的关键.     

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.     

嵌入式预充电电源控制系统的设计与实现

研制了基于PC/104总线为核心的嵌入式预充电电源控制系统,重点阐述了该控制系统的硬件结构与软件设计;该控制系统以SBC-4680为控制系统主板,通过PC/104总线控制PCM-5120模拟量输入输出卡,控制PCM-5134的IO和定时计数卡,同时制作相应的接口电路及看门狗电路,在DOS操作系统中,利用C++编写底层软件,控制中采用PID算法及特殊数据处理方法,利用VB编写上位机操作界面与图形显示软件,实现与底层软件的以太网通信、信号的实时传输、显示与处理;实验证明,采用此预充电控制系统以后,使高压电源的波头质量得到极大提高,既消除了震荡,又避免了电压跌落等情况的出现,同时该电源的控制精度达到1%,因此,该控制系统完全满足电源控制及保护需要。     

4W1磁铁电源控制系统的改造

在北京正负电子对撞机(BEPC)中用于同步辐射~X~光研究的插入件4W1磁铁由主线圈绕组和补偿线圈绕组组成,由两台高精度直流电源(主电源和辅助电源)供电. 2004~年11月, BEPC开机使用的两台主电源和辅助电源是重新设计制造的,采用新的控制接口PSI和控制器PSC进行控制. 这套系统是在~BEPCⅡ磁铁电源控制样机PSC/PSI完成的基础上仅用1个月的时间完成的. 在运行初期经过多次调试和修改后, 安全无故障运行历时4个月,为同步辐射提供两条X光束线,保证了用户顺利地进行实验. 它是第一个投入运行的BEPCⅡ储存环控制系统的一个新系统. 介绍了基于EPICS平台开发的4W1磁铁电源新的控制系统和4W1磁铁 升降流的特点以及控制升降流应用程序的研制.     

The Logical Control Protective System of the HL-2A LHCD Power Supply

The main equipmets of the HL-2A LHCD power supply are based on the old one, but the logical control protective system is a new part. Considering the output voltage is very high（up to 60 kV）, so the logical control protective system is very important. The system is implemented based on PLC and the SIEMENS STEP7 software.     

CSNS/RCS次级准直器吸收体的冷却设计

作为CSNS/RCS横向束流准直系统的关键部件,次级准直器用于吸收经主准直器散射后不在预定轨道的束晕粒子,其工作原理决定了该设备要求满足强辐射环境下的稳定性、超高真空及高定位精度等要求。基于主准直器的设计及研制经验,对次级准直器结构方案及控制系统进行详细设计。针对关键部件吸收体,结合辐射防护分析结果,考虑水冷降温的方式,设计了控制程序,通过有限元分析软件ANSYS对其进行瞬态热分析,保证吸收体设计的可行性。