用于踢轨控制系统的高精度控制器研制

发布时间：2020-06-04 02:48

【摘要】：Kicker控制系统是束流在CSRm和CSRe中进行传输的关键。当束流在CSRm中累积加速到一定的能量时需要引出到CSRe中，需要Kicker控制系统通过对CSRm的6台Kicker磁铁电源进行控制以产生偏转磁场将束流引出；同时，还要在合适的时机控制位于CSRe的4台Kicker磁铁电源以产生偏转磁场来将束流注入。所以，踢轨控制系统的精度影响着束流在CSRm和CSRe之间传输的效率。近代物理研究所已有的Kicker控制系统基于多板结构，同时需要安装较多的控制软件来协调工作，增加了整个控制系统的复杂程度；而且，系统的时间精度受限于主控FPGA芯片200MHz的工作频率，只能达到5ns，束流在环中的相位分辨率难以达到1o以下。基于Kicker控制系统的升级需要，本课题研制了一款新型的Kicker控制器，以提高束流在CSRm和CSRe中的传输效率。新的Kicker控制器采用全新的ARM11+FPGA+DSP单板架构，以满足踢轨控制系统的总体需求。其中FPGA采用全新的CycloneIII芯片，工作频率可以达到400MHz，并将踢轨控制系统的时间精度提高到2.5ns。ARM11芯片用来取代原有的ARM7，以提供更为复杂的网络性能。同时，TI公司的TMS320C6713B DSP芯片提供了对浮点运算的支持，以及更高的工作频率。配套的控制界面则采用时下流行的B/S架构，在ARM11内部移植Boa嵌入式web服务器，以提供对客户端浏览器访问的支持。客户端浏览器显示的界面采用HTML+CSS+JavaScript开发，以提供给操作人员访问。本课题的创新性在于高度集成化的单板Kicker控制器，不仅降低了控制系统接插线的复杂程度，还极大的提高了踢轨控制系统的时间精度和相位分辨率。同时，，采用B/S架构进行浏览器控制界面开发也是本系统的一大特色，操作时不仅不需要安装多个控制软件进行协调工作，还不局限于使用指定的PC或者VNC远程操作，只需通过IP地址即可在局域网内进行跨平台、跨系统的进行Kicker参数设置，极大的提高了Kicker控制系统的用户体验度和便利性。本文将从以下几方面展开：第一章的绪论主要用于介绍本课题的意义和背景；第二章的Kicker控制器总体框架主要用于介绍新型Kicker控制器的功能需求和相应的解决方案；第三章的原理图设计和PCB布局主要用于介绍新型Kicker控制器硬件上的设计与实现；第四章的ARM程序设计主要用于介绍ARM11如何实现充当浏览器界面和FPGA底层硬件通信功能的这一网络桥梁；第五章的FPGA逻辑设计主要介绍如何对踢轨控制系统的需求如延时触发调节，高速频率检测等进行功能划分和模块化设计；第六章的实验验证主要介绍Kicker控制器实际的实验过程中能否满足踢轨控制系统的需求；最后一章主要对之前的工作进行总结，并制定下一阶段的工作目标。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（近代物理研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TL503.6

【参考文献】