本文關(guān)鍵詞：科大反場箍縮實(shí)驗(yàn)裝置（KTX）誤差場主動(dòng)控制系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：科大反場箍縮裝置(KTX)是由中國科大完全自行設(shè)計(jì)、自主研制集成的國內(nèi)第一個(gè)大型反場箍縮實(shí)驗(yàn)裝置。反場箍縮位形同時(shí)存在多種不穩(wěn)定模式,其中切縫誤差場限制了放電時(shí)間和等離子體電流的提升,引起放電不穩(wěn)定并引起嚴(yán)重的等離子體-壁相互作用,甚至可能導(dǎo)致放電的提前終止。為延長等離子體放電時(shí)間,提高磁約束表現(xiàn),必須對誤差場進(jìn)行反饋控制,從而抑制誤差場大小。本文研究的主要內(nèi)容為：應(yīng)對于當(dāng)前KTX系統(tǒng)中存在的問題以及物理需求,設(shè)計(jì)一套基于PID實(shí)時(shí)主動(dòng)控制系統(tǒng),用于抑制切縫處誤差場,提高等離子體放電品質(zhì)與放電時(shí)長。本文結(jié)構(gòu)安排如下：第一章為緒論,簡要描述KTX主動(dòng)控制系統(tǒng)的物理背景及設(shè)計(jì)理念。第二章說明KTX誤差場主動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求及物理意義,介紹主動(dòng)控制系統(tǒng)在KTX放電過程中的位置及作用。第三章為KTX誤差場主動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)方案以及對應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)方案,提出FPGA+STM32的設(shè)計(jì)思路,介紹基于PID控制方法的KTX主動(dòng)控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。第四章介紹KTX誤差場主動(dòng)控制系統(tǒng)中芯片選型、原理圖與PCB設(shè)計(jì)等。重點(diǎn)介紹了小信號模擬放大電路及采樣電路設(shè)計(jì),這部分設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到最終控制電壓的計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)方案中,小信號通過屏蔽雙絞線傳輸并通過二級放大電路輸出到高精度ADC芯片采樣,減少噪聲對系統(tǒng)的影響。第五章介紹KTX誤差場主動(dòng)控制系統(tǒng)中FPGA芯片內(nèi)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、組幀傳輸接收、命令解析、ADC接口控制、DAC更新等功能的邏輯設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。第六章為MCU在控制系統(tǒng)中的位置以及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)能浖䦟?shí)現(xiàn),詳細(xì)介紹STM32移植LwlP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)難點(diǎn),以及SPI與FPGA端口通信的軟件實(shí)現(xiàn)。第七章總結(jié)了本論文主要工作內(nèi)容,指出KTX主動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足之處、創(chuàng)新點(diǎn)和需要修改的地方。
【關(guān)鍵詞】：科大一環(huán) 誤差場 FPGA 主動(dòng)控制 STM32 PID 反場箍縮
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 緒論14-18
• 1.1 引言14
• 1.2 國內(nèi)外研究發(fā)展與現(xiàn)狀14-15
• 1.3 論文的研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排15-18
• 第2章 KTX誤差場主動(dòng)控制系統(tǒng)方案調(diào)研18-21
• 2.1 設(shè)計(jì)需求與物理意義18
• 2.2 KTX誤差場主動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架18-21
• 第3章 KTX誤差場主動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)備總體設(shè)計(jì)21-26
• 3.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)21-23
• 3.1.1 KTX主動(dòng)控制板設(shè)計(jì)21-22
• 3.1.2 KTX反饋控制板設(shè)計(jì)22-23
• 3.2 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)23-26
• 第4章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)26-46
• 4.1 核心器件選型26-27
• 4.1.1 FPGA選型26-27
• 4.1.2 STM32選型27
• 4.2 電源設(shè)計(jì)27-33
• 4.2.1 模擬電源設(shè)計(jì)27-29
• 4.2.2 數(shù)字電源設(shè)計(jì)29-32
• 4.2.3 反饋板電源結(jié)構(gòu)32-33
• 4.3 串行數(shù)據(jù)配置電路設(shè)計(jì)33-34
• 4.4 信號放大設(shè)計(jì)34-36
• 4.5 ADC電路設(shè)計(jì)36-38
• 4.6 RS485電路設(shè)計(jì)38-39
• 4.7 DAC電路設(shè)計(jì)39-41
• 4.8 SPI控制設(shè)計(jì)41-42
• 4.9 FPGA網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)42-43
• 4.10 USB2.0設(shè)計(jì)43-44
• 4.11 DDR2 SDRAM設(shè)計(jì)44-46
• 第5章 FPGA邏輯模塊設(shè)計(jì)46-64
• 5.1 FPGA設(shè)計(jì)流程46
• 5.2 ADC模塊設(shè)計(jì)46-51
• 5.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)51-53
• 5.4 矩陣計(jì)算模塊設(shè)計(jì)53-56
• 5.4.1 PID控制線圈電壓計(jì)算53-54
• 5.4.2 內(nèi)部公式模塊54-55
• 5.4.3 外部公式模塊55-56
• 5.5 SPI模塊設(shè)計(jì)56-57
• 5.6 命令操作模塊設(shè)計(jì)57-58
• 5.7 RS485模塊設(shè)計(jì)58-59
• 5.8 DAC模塊設(shè)計(jì)59-60
• 5.9 USB接口模塊設(shè)計(jì)60-64
• 第6章 MCU數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸64-74
• 6.1 LwIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議移植64-70
• 6.1.1 LwIP協(xié)議簡介64
• 6.1.2 網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計(jì)64-66
• 6.1.3 LAN8720A驅(qū)動(dòng)編寫66-68
• 6.1.4 LwIP數(shù)據(jù)包68-69
• 6.1.5 UDP協(xié)議編程實(shí)現(xiàn)與測試69-70
• 6.2 SRAM設(shè)計(jì)70-72
• 6.2.1 SRAM硬件設(shè)計(jì)70-71
• 6.2.2 內(nèi)存表管理71-72
• 6.3 CH340G串口設(shè)計(jì)72-74
• 第7章 測試結(jié)果與展望74-80
• 7.1 KTX誤差場主動(dòng)控制設(shè)備測試74-78
• 7.2 工作總結(jié)78-79
• 7.3 亮點(diǎn)與工作展望79-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 致謝84-86
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果86

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