本文在對重離子加速器電源系統(tǒng)的功能及控制目標(biāo)研究的基礎(chǔ)上,論述了重離子加速器電源實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)及設(shè)計(jì)思想。借助重離子治癌專用裝置數(shù)字電源的研發(fā),研究了基于FPGA的電源數(shù)字控制器硬件、軟件的設(shè)計(jì)與研制方法,包括研發(fā)過程中碰到的問題及其解決方法,如以太網(wǎng)絡(luò)通訊的不穩(wěn)定問題,控制器長期工作不可靠等問題;論述了研制數(shù)字電源實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)需要注意的一些軟硬件問題;以重離子加速器系統(tǒng)的性能優(yōu)化為目標(biāo),結(jié)合數(shù)字電源可靠、多功能、集成度高的特點(diǎn),論述了重離子加速器電源數(shù)字控制器的軟硬件協(xié)同化設(shè)計(jì)、集成化控制等。在研究重離子加速器數(shù)字電源控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了重離子治癌專用裝置中一些特殊電源的實(shí)時(shí)控制算法。首先,研究了重離子加速器數(shù)字電源的同步控制問題�；诳删幊唐舷到y(tǒng)(SOPC),運(yùn)用硬件描述語言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套重離子加速器數(shù)字電源同步定時(shí)觸發(fā)系統(tǒng),通過該系統(tǒng)對數(shù)字電源進(jìn)行同步觸發(fā)測試實(shí)驗(yàn)及實(shí)時(shí)控制研究。其次,在基于FPGA控制器的數(shù)字電源上首次對兩種典型的實(shí)時(shí)控制進(jìn)行了深入研究,一種是重離子同步加速器軌道校正電源的實(shí)時(shí)控制,另外一種是重離子治癌照射野形成系統(tǒng)中數(shù)字電源的主動(dòng)點(diǎn)掃描控制。根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行原理及系統(tǒng)對數(shù)字電源的特殊控制要求,研究了這兩種控制問題,設(shè)計(jì)了控制算法,并運(yùn)用VHDL、NIOSII嵌入式軟件在電源數(shù)字控制器上編程實(shí)現(xiàn)了這兩種控制算法。特別地,采用兩種方法實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)點(diǎn)掃描控制,即實(shí)時(shí)響應(yīng)法和集成化控制法。最后,在數(shù)字電源上對所實(shí)現(xiàn)的算法進(jìn)行測試,得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證了控制算法的可行性。本論文的工作為重離子治癌項(xiàng)目的順利進(jìn)行提供了技術(shù)保障,同時(shí)為重離子加速器數(shù)字電源實(shí)時(shí)控制的進(jìn)一步研究提供了有價(jià)值的技術(shù)參考。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院研究生院（近代物理研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：TL56
【部分圖文】：

言 第一章 引言器科學(xué)背景州重離子加速器（HIRFL-CSR）是一個(gè)大科學(xué)工程裝置，一種國際上、核科學(xué)與技術(shù)等領(lǐng)域進(jìn)行研究的重要平臺(tái)，該裝置的布局如圖 1束流不僅種類多、品質(zhì)高，而且能量范圍寬可調(diào)。該裝置的科學(xué)目，包括：滴線核的研究、高溫高密度條件下核物質(zhì)性質(zhì)研究;介子物理研究、高離化態(tài)(高 Z)原子物理研究、重離子束相關(guān)的應(yīng)用研究[1]用研究包括了重離子束深層治癌研究，材料輻照等領(lǐng)域。

方案一 方案二 方案三圖 2-1 加速器數(shù)字電源控制系統(tǒng)方案圖 2-1 所示方案一，是一種集成化的控制方案，位于電源上的控制器集成了本地控制、上層控制的功能，直接接入以太網(wǎng)絡(luò)，減少了通信環(huán)節(jié)�？刂破魃弦话惆度胧讲僮飨到y(tǒng)，F(xiàn)PGA 可編程邏輯電路。本課題中，治癌專用裝置及 ADS 項(xiàng)目的數(shù)字電源控制方案選擇方案一，其電源控制器是一種基于 Altera公司 FPGA 并嵌入 32bit 處理器（NIOSII 軟核）的可編程偏上系統(tǒng)（SOPC）方案�？删幊唐舷到y(tǒng)是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級，具備軟硬件在系統(tǒng)編程能力。ALTERA 公司的 SOPC 技術(shù)提供以NIOSII（32-bit 處理器）和實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)為中心的軟件設(shè)計(jì)技術(shù)及豐富的 IP Core，這使 FPGA 靈活的硬件設(shè)計(jì)與處理器的強(qiáng)大軟件功能有機(jī)地結(jié)合在一起，從而可實(shí)現(xiàn)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。作為一種集成化的控制方案，方案一的優(yōu)點(diǎn)：1）集成了電源本體控制、

提高加速器技術(shù)、提升加速器性能必須要解決的問題。 同步性同步性是指多臺(tái)重離子加速器脈沖電源在加速運(yùn)行需要的時(shí)刻同時(shí)號(hào)并同時(shí)輸出所需電流波形的能力，其時(shí)間同步誤差一般在 us 級別2。由于加速器電源不是單個(gè)運(yùn)行的個(gè)體，而是需要由加速器控制系統(tǒng)夠統(tǒng)一運(yùn)行的整體，所以電源的同步控制對于整個(gè)加速器電源系統(tǒng)非常關(guān)鍵。重離子加速器電源的主要作用是用來形成偏轉(zhuǎn)磁場的，性能也直接影響束流品質(zhì)。例如：注入引出電源，注引 BUMP 等電源性不好，就會(huì)損失束流或影響束流的品質(zhì)。與傳統(tǒng)的模擬電源不同 FPGA 的電源數(shù)字控制器能接收同步觸發(fā)信號(hào)，也就是說能把同步觸為電源主體的一部分，由電源數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)。對于重離子同步加統(tǒng)而言，電源的同步性能一般要求不大于 10us。
【共引文獻(xiàn)】

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1 林德焱;轉(zhuǎn)子采用變流輸出的繞線型變極異步電動(dòng)機(jī)研究[D];華中科技大學(xué);2004年

2 王曉嗣;直流脈沖電源的研制[D];天津大學(xué);2004年

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本文編號(hào)：2878949