基于FPGA的脉冲电源及其控制系统设计

针对等离子体特定领域的应用需求,研制了一种基于上位机监控且具有手动/自动控制功能的脉冲电源。详细介绍了脉冲电源主电路、检测电路、驱动电路、数字脉宽调制(DPWM)产生模块以及脉冲变压器的设计方法。该电源采用现场可编程门阵列(FPGA)作为主控芯片,产生DPWM信号及继电器控制信号,经驱动电路放大后驱动逆变全桥及继电器。设计了过温和短路保护电路,通过DS18B20温度传感器和QBC10PS5霍尔电流传感器对电源模块的工作温度和电流进行实时采样。实际应用测试表明,该电源满足设计指标要求。     

调谐衰减因子对束晕-混沌控制的影响

采用以离子数比为控制变量的对数函数控制器,研究了不同填充因子下调谐衰减因子对强流离子加速器中初始分布为K-V分布的离子束束晕-混沌控制的影响。研究表明,使用对数函数控制器时,较大的调谐衰减因子下,可以控制束晕-混沌的填充因子取值范围较大,且填充因子越大控制效果越好;较小的调谐衰减因子对束晕-混沌的控制效果影响相对较大。     

基于Sagnac/双Mach-Zehnder原理的分布式光纤传感系统的偏振态分析

运用琼斯矩阵分析法,建立了该分布式传感器系统在传感光纤双折射和外部事件共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数影响的数学模型.仿真分析了在传感光纤线性双折射和圆双折射共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数的影响,并提出了利用偏振控制器对输入偏振态进行控制,从而改善干涉信号输出的方法.     

多路Marx并联高压脉冲电源研究

脉冲功率技术在工业和生物医学领域有着广泛的应用,很多应用场合要求输出数百安培的高压脉冲。固态Marx发生器虽已研究多年,但是被广泛采用直插封装的IGBT和MOSFET功率半导体开关管的额定电流通常都低于100 A,无法满足低阻抗负载的应用需求。为提高输出脉冲电流幅值,提出两种多路Marx发生器并联的脉冲电源的拓扑结构,第一种方案采用多路Marx发生器直接并联,第二种是共用一组充电开关管的多路Marx发生器并联。由FPGA提供充放电控制信号,采用串芯磁环隔离驱动方案实现带负压偏置的同步驱动,主电路选用开通速度快、通流能力强的IGBT为主开关的半桥式固态方波Marx电路。实验结果表明,6路16级Marx直接并联的脉冲发生器能输出重频100 Hz高压方波脉冲幅值可达10 kV,在30Ω负载侧输出峰值电流可达300 A,上升时间230 ns。共用充电开关管的6路4级Marx并联发生器在5Ω电阻负载上的输出电流峰值可达300 A,最大输出电流可达460 A,上升时间272 ns。表明多路Marx发生器并联可以有效地减小系统内阻,提高系统带载能力;改进后的并联方案实现大电流脉冲输出的同时,所采用的开关管数量减小近一半,提高了系统的抗干扰能力的同时,降低了脉冲电源的成本;且增加级间并联导线可进一步改善均流效果。     

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。     

铝箔腐蚀用大功率变频电源

研制了用于电解电容器阳极铝箔腐蚀的变频电源.设计了一种应用单片机控制的高频开关电源和用电子开关桥换相的低频变频、多波形大功率电源.该电源不需要庞大、笨重的变压器,而且频率下限不受限制,甚至可低至1Hz以下.     

电磁轴承系统的刚度阻尼特性分析

分析了电磁轴承系统的刚度阻尼特性与系统结构参数及其控制器频响特性之间的关系。给出了系统控制电流的相位对系统稳定性和刚度阻尼特性的影响。提出了电磁轴承系统的复阻尼概念，以及部分刚度阻尼特性指标的实际意义和计算方法。     

Pole placement controllers for linear time-delay systems with commensurate point delays

This paper investigates the exact and approximate spectrum assignment properties associated with realizable output-feedback pole-placement type controllers for single-input single-output linear time-invariant time-delay systems with commensurate point delays. The controller synthesis problem is discussed through the solvability of a set of coupled diophantine equations of polynomials. An extra complexity is incorporated to the above design to cancel extra unsuitable dynamics being generated when solving the above diophantine equations. Thus, the complete controller tracks any arbitrary prefixed (either finite or delaydependent) closed-loop spectrum. However, if the controller is simplified by deleting the above mentioned extra complexity, then the robust stability and approximated spectrum assignment are still achievable for a certain sufficiently small amount of delayed dynamics. Finally, the approximate spectrum assignment and robust stability problems are revisited under plant disturbances if the nominal controller is maintained. In the current approach, the finite spectrum assignment is only considered as a particular case to the designer‘s choice of a (delay-dependent) arbitrary spectrum assignment objective.     

重离子治癌引出BUMP电源控制器设计

引出凸轨(BUMP)电源是负责医用重离子加速器束流引出的关键设备,其电流上升的同步性影响束流的引出效率,而电流波形的多样性与治疗模式和治疗精度密切相关.要在凸轨磁铁(0.2～0.4 mH)上产生1～5 ms上升且精确同步的励磁电流,并确保电流的跟踪性和波形的多样性,采用了实时调整强励电压及基于特征参数的电流波形控制方法...     

Bifurcation Control of Current-Mode Buck Converter via TDFC

Considering the TDFC controlled current-mode Buck converter featuring periodicity we propose a Fourier-decomposition based method for the bifurcation analysis of this system, hence the theoretical range of control gain of TDFC is determined. In addition, the power-stage experiment circuit is built and the control part is realized in a digital controller. The experimental results show that either bifurcation or chaos in the current-mode Buck converter can be controlled into the expectant period-1 orbit rapidly.