强流环形电子束在同轴永磁Halbach结构磁路中传输的初步分析

利用有限元程序SUPERFISH计算求解了同轴永磁Halbach结构磁路的磁场, 并推导出该磁场位形磁感应强度各分量的近似表达式. 利用流体模型分析了作用在电子束上的力并导出了改进马丢方程形式的径向力平衡方程, 给出了平衡条件; 利用2.5维全电磁粒子模拟程序研究了强流环形电子束在该周期系统中传输的物理过程. 计算得出强流相对论电子束的稳定传输与电子束电流, 电子束厚度, 磁场强度, 电子束入射角度等因素有关. 分析认为利用同轴永磁Halbach结构磁路导引数KA的环形电子束, 并使之稳定传输是可能的. 同时该磁场聚焦形式也为Ubitron中的束--波相互作用提供了一个作用机制.     

同轴相对论速调管周期永磁聚焦系统的初步研究

为了探索相对论速调管放大器(RKA)的小型化技术,开展了同轴RKA周期永磁聚焦的物理与设计技术研究。周期永磁聚焦系统采用Halbach阵列结构,产生的磁场类型为周期性会切磁场。首先给出该系统的磁场各个分量的表达式,分析该系统磁场分布的特点,并推导得出该系统聚焦强流环形电子束的稳定条件。根据该稳定条件,对Ka波段同轴RKA设计了一个周期永磁聚焦系统,并优化了周期磁场参数,确定了磁场系统设计的最佳周期和幅值。研究结果显示,周期永磁(PPM)聚焦系统在周期长度18 mm和磁场幅值0.33 T的条件下可引导500 kV、6 kA的同轴RKA,得到1 GW的微波输出功率,物理分析确定了周期永磁聚焦系统应用于高功率同轴RKA的技术可能性。     

x强流相对论环形电子束在低磁场中传输分析

用理论和粒子模拟相结合的方法分析了强流薄环形相对论电子束在低磁场导引下,在均匀波导,无箔二极管,以及锥形波导和渐减磁场位形条件下的传输过程,研究了束包络的波动和如何减少波动的问题。分析表明：在无箔二极管中一个适当渐增的磁场位形可以有效地抑制束电子的径向运动,从而减少电子在波导中的波动幅度;电子束在锥形波导和渐减磁场位形中运动,不会增加束电子的波动。因此适当的磁场位形可以降低微波器件对导引磁场的要求,有利于实现永磁包装微波器件。     

x强流相对论环形电子束在低磁场中传输分析

 用理论和粒子模拟相结合的方法分析了强流薄环形相对论电子束在低磁场导引下，在均匀波导，无箔二极管，以及锥形波导和渐减磁场位形条件下的传输过程，研究了束包络的波动和如何减少波动的问题。分析表明：在无箔二极管中一个适当渐增的磁场位形可以有效地抑制束电子的径向运动，从而减少电子在波导中的波动幅度；电子束在锥形波导和渐减磁场位形中运动，不会增加束电子的波动。因此适当的磁场位形可以降低微波器件对导引磁场的要求，有利于实现永磁包装微波器件。     

基于永磁同步电机的光电设备新型驱动研究

针对目前光电设备中直流电机的惯量大、成本高、需要维护等问题,提出了交流伺服控制系统,以适应新型光电设备的发展要求或替代目前的直流控制系统。以永磁同步电机为控制对象,分析了永磁同步电机的磁场定向矢量控制原理,以获得类似直流电动机的控制效果。通过复合式光电编码器确定永磁同步电动机转子的初始位置,设计了永磁同步电机伺服控制系统的硬件电路。以id-0的矢量控制方法实现了永磁同步电机位置闭环伺服控制,能够满足新型光电设备跟踪控制系统的快速与稳定性要求。     

环状截面同轴金属波导的特性研究

以电磁场理论为出发点，对满足环状截面同轴金属波导边界条件的麦克斯韦方程组求解，得到了环状同轴波导管内的电磁场各分量方程，并以TE模灰例详尽分析了环状金属波导管中的模式特征、色散关系、光束传播及其强度分布特性。     

环形光束的非线性传输及聚焦特性研究

针对用于产生光镊的环形光束,利用分步傅里叶-贝塞尔变换算法,对二维环形超高斯光束的非线性传输及聚焦过程进行了数值模拟,给出了环形光束聚焦场附近的光强分布,并分析了非线性调制对聚焦性质(包括焦面中心光强、焦面光强的横向分布、轴上光强和光束质量)的影响.研究表明,从聚焦角度来看,非线性调制中的位相调制比振幅调制对环形光束聚焦性质的影响程度要大;从非线性传输角度来看,随着非线性介质长度的增加,位相调制和振幅调制对环形光束聚焦性质各有不同程度的加剧,其中非线性作用对振幅调制的影响要比位相调制明显.     

环状平顶光束的传输特性研究

利用偏心高斯光束相干叠加方法，建立了柱坐标系下环状平顶光束模型.采用广义强度二阶矩定义，推导出环状光束广义M2因子的解析表达式.利用广义衍射积分理论，给出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式，并进一步给出了环状平顶光束修正的菲涅耳数定义.分析了环状平顶光束在自由空间的传输规律.研究结果表明，该模型可统一描述基模高斯光束、环状高斯光束以及环状平顶光束.环状平顶光束的广义M2因子和环状平顶光束的传输特性与其阶数及遮拦比有关.     

永磁直线同步电机位置系统的模糊IP控制研究

针对具有电磁推力大、响应快、易于矢量解耦控制的永磁直线同步电机PMLSM,研究高精度位置伺服控制系统的设计,以满足高速加工与高精度微进给加工的需求。考虑被控对象的变化和外界扰动,控制器的参数难于在线修订,设计了一种模糊/积分-比例IP位置控制器。它将具有并联反馈环节的IP控制器与模糊控制器有效结合,根据位置偏差的变化率进行切换,即存在较大输入指令与系统输出偏差较大时采用模糊控制,而系统输出接近于输入指令时则采用IP控制器,从而发挥模糊控制器对变参数系统的自适应性和IP控制器的快速和准确性优势。仿真实验结果表明模糊/IP控制器在稳态精度和动态性能方面优于单纯的IP控制器和模糊控制器,能够满足变参数控制系统的性能指标。     

Fuzzy Impulsive Control of Permanent Magnet Synchronous Motors

The permanent magnet synchronous motors （PMSMs） may experience chaotic behaviours with systemic parameters falling into a certain area or under certain working conditions, which threaten the secure and stable operation of motor-driven. Hence, it is important to study the methods of controlling or suppressing chaos in PMSMs. In this work, the Takagi-Sugeno （T-S） fuzzy impulsive control model for PMSMs is established via the T-S modelling methodology and impulsive technology. Based on the new model, the control conditions of asymptotieal stability and exponential stability for PMSMs have been derived by the Lyapunov method. Finaily, an illustrated example is also given to show the effectiveness of the obtained results.     

An Efficacious Target-Field Approach to Design Shim Coils for Halbach Magnet of Mobile NMR Sensors

The main magnetic fields of mobile nuclear magnetic resonance (NMR) magnets differ from those of conventional NMR and magnetic resonance imaging (MRI) magnets. In the Halbach magnet, the main field B ₀ is perpendicular to the longitudinal axis, the symmetry of the current distribution with respect to the symmetry of the magnetic field differs from that in conventional target-field applications, and the current distribution on the coil surface cannot be expressed in terms of periodic basis functions. To obtain the winding pattern of the coil, an efficacious target-field approach. The surface of a coil is divided into small discrete elements, where each element is represented by a magnetic dipole. From the stream function of the elements, the resultant magnetic field is calculated. The optimization strategy follows an objective function defined by the power dissipation or efficiency of the coil. This leads to the optimum stream function on the coil surface, whose contour lines define the winding patterns of the coil. This paper shows winding patterns designed of shim coils for Halbach magnet and illustrates the craft of a shim coil using flexible printed circuit board. The performance of the coils is verified by simulating the fields they produce over the sensitive volume.     

Microstructure of the Magnetic Field on the Surface of a Permanent Magnet

A Nd–Fe–B permanent magnet is studied by means of atomic force microscopy. Phase diagrams are obtained at the center and at the edge of the sample. The homogeneity of the magnetic structure is investigated.