【摘要】：“空間環(huán)境地面模擬裝置”是哈爾濱工業(yè)大學與中國航天科技集團有限公司共同承擔的國家“十二五”重大科技項目,本課題圍繞中國科學院上海應用物理研究所擬建的其子項目“1.2 MeV/10 mA高頻高壓型電子加速器及束線”,研究其采用電子槍的寬范圍高精度控制系統(tǒng),該電子槍采用熱陰極平板三極結構,鎢絲作為陰極材料,增設了控制柵極。為對該電子槍進行實驗室測試,對原有基于二極結構電子槍的測試平臺(主要以模擬電路和機械儀表為主)進行了升級。經(jīng)過調(diào)研,設計了基于可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)的光纖通信和STC12C5A60S2單片機系統(tǒng)的紅外通信的控制系統(tǒng),均能滿足高壓隔離的要求,實現(xiàn)對處于-15kV高壓平臺上的電子槍的控制�？刂栖浖捎肔abVIEW編寫用戶界面,通過OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)通信協(xié)議實現(xiàn)控制軟件與西門子系列的設備控制器的通訊。上位機與PLC之間的通信是研究核心,通過對相關網(wǎng)絡進行硬件參數(shù)的配置,編寫相應的通信程序,實現(xiàn)了上位機對電子槍運行狀態(tài)以及數(shù)據(jù)的讀取和控制。控制軟件優(yōu)化了對電子槍束流調(diào)節(jié)的算法,通過在增量PID控制基礎上結合模糊理論的一種改進型的模糊增量PID控制算法,實現(xiàn)了電子槍引出1uA~50mA四個數(shù)量級可調(diào)范圍的束流輸出。考慮到成本問題以及光纖通信轉換等問題,還設計了高壓端、上位機端的STC12C5A60S2單片機系統(tǒng),并編寫雙向通信、數(shù)據(jù)采集及處理程序,結合改進型的模糊增量PID控制算法,同樣達到了對電子槍的精確控制。為實現(xiàn)新設計的三極電子槍的實驗室測試,研究了分別基于PLC、單片機的電子槍控制系統(tǒng),兩者均結合了LabVIEW、增量PID和模糊理論等相關技術,優(yōu)化了對電子槍的寬范圍高精度束流輸出的控制。課題的意義不僅是對原電子槍實驗平臺控制系統(tǒng)的升級,滿足電子槍的調(diào)試和獨立運行,同時也便于將來集成到加速器控制系統(tǒng),實現(xiàn)加速器的寬范圍高精度的束流輸出。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP273;TL50
【圖文】：

溫度的變化對發(fā)射電流的影響很大，溫度稍微增大就引起束流的急劇上升，導致引出的束流不容易精確控制。圖1.1 為電子槍燈絲束流特性曲線。圖 1.1 電子槍燈絲束流特性曲線隨著電子槍研究的深入和廣泛應用，以及低壓注入技術的解決，為柵控槍的使用打下了基礎。所謂柵控槍的設計，即是在原來的二極電子槍的基礎上，增加一個可控制電子的柵極。如圖 1.2 所示，在陰陽兩極之間增加柵極，當陰極和柵極加上一定的電壓時，則可以通過調(diào)整柵極電壓，來控制陰極發(fā)射的部分電子，從而實現(xiàn)對電子流的控制【6】。

圖 1.2 柵控槍示意圖室原有電子槍平臺的控制系統(tǒng)設計比較早期，相關設備主要以模擬表為主，對處于-15kV 的高壓平臺上的三極電子槍的柵極控制只能過調(diào)研，基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，信系統(tǒng)和 STC12C5A60S2 單片機系統(tǒng)的紅外通信系統(tǒng)均可以實現(xiàn) 高壓平臺上的電子槍的控制【7】。為對該電子槍進行實驗室測試，對極結構電子槍的測試平臺進行升級，研究了分別基于 PLC、單片機裝置的控制系統(tǒng)，控制軟件均結合了 LabVIEW、增量 PID 和模糊術，把模糊理論運用在通用的工業(yè)控制 PID 算法的基礎上，保證了性能和穩(wěn)定性，進一步有效優(yōu)化對電子槍實驗控制平臺的控制，使臺的控制變得友好和便捷，也便于將來集成入加速器控制系統(tǒng)，實范圍高精度的束流輸出。同時本文研制電子槍實驗平臺控制系統(tǒng)所

圖 2.1 高頻高壓電子加速器總體結構表 2-1 高頻高壓電子加速器參數(shù)指標參數(shù) 設計指標額定工作電壓 1.2MV空載最高電壓 1.32MV額定最大電流 10mA絕緣氣體 SF6SF6絕緣氣體工作壓力0.65MPa高壓紋波 ≤1%速器主體大體上可分為氣體處理系統(tǒng)、鋼筒內(nèi)部設備和高頻機。其中鋼

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本文編號：2751134