高性能ADS超导腔反馈控制器的设计与分析

发布时间：2020-06-19 07:20

【摘要】：加速器驱动次临界系统(ADS)超导直线加速器中,超导半波长谐振腔被用于加速质子束,低电平系统的主要作用是为其提供一个被调制的RF信号。通过提高低电平系统控制精度与抗干扰能力,使超导腔在复杂电磁环境下能满足超导直线加速器对超导腔的频率、幅度与相位的要求,以达到加速产生高品质质子束的目标。论文首先对超导直线加速器高频系统中的低电平相关技术进行了分析,并给出了超导腔的线性传递函数模型,基于此模型,设计和分析了PI控制器与控制效果更好的超前滞后补偿控制器。同时给出了超导腔PI控制器参数整定的方法,此方法在先导专项ADS超导直线加速器的低电平系统中的成功应用,提高了现有PI控制器的性能。针对超导腔频率稳定性要求高的特点,本论文对最小正交分量调谐方法的控制逻辑和稳定性进行了分析,并对这种调谐控制器的稳定性能进行了相关测试。最终通过实验结果和理论分析最终验证了调谐系统的稳定性优于上一代系统。通过对超导腔失谐条件下I环路和Q环路的分析,得出由于超导腔带宽极窄,单输入单输出(SISO)控制器不能满足超导腔在失谐条件下的控制性能要求。利用状态空间设计了一种更适合超导腔的多输入多输出(MIMO)控制器,提高了超导腔失谐条件下的控制器性能。本文研究成果为ADS数字化低电平控制器的自主研发提供了一定的理论指导,为现有低电平系统的改进开展了前期预研,探索出一条可行的技术路线。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP273;TL53
【图文】：

系统总体,加速器驱动次临界系统

引言第 1 章引言研究背景加速器驱动次临界系统（ADS）项目是为了解决核电站中核废料处理难的运而生的，其原理是利用强流质子加速器加速高能质子束轰击重金属靶引裂变反应，进而产生高通量中子，利用外中子源驱动和维持次临界堆芯发的链式反应，使长寿命放射性核素嬗变为短寿命或无放射性核素[1]。下图是规划中的 CiADS（China initiative Accelerator Driven System）系统局。

射频前端,原理框图

引言3图 1.2 射频前端原理框图1.2.2 相位同步技术相控系统使 RF 信号的传输和带电粒子的运动在时间上相匹配。CIADS 项目对直线加速器的束流品质提出高的要求，为了满足直线加速器对束流能量和能散度的设计指标，必须建立 RF 相位控制系统。相位参考分布系统为所有腔提供了具有低相位噪声和低相位漂移的相位参考。主振荡器产生的连续 RF 信号经过信号分配器将信号分成多路信号馈入同轴参考线，用于提供各腔相位测量的参考信号。系统分布图如下图所示[7]。

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