HLS-Ⅱ基于物理量控制系统及相关应用研究

发布时间：2020-08-12 01:17

【摘要】：合肥光源在经过重大维修改造之后,于2015年1月正式投入运行。改造后的光源称为HLS-Ⅱ。在光源调试和运行期间,基于物理量控制系统及在其基础上开发的上层物理应用起到了重要作用。基于物理量控制系统是以物理量作为直接控制对象,实现了对各种加速器元件的物理量(如磁铁磁场和束流能量等)进行直接操控,进而实现了对储存环和束流参数的直接控制。物理量和工程量的转换在控制系统内部实现,不同的控制和调试分析软件共享数据,提高了系统的灵活性和数据转换效率,很好地满足了光源调试和机器研究以及光源运行的需求。论文在调研当前加速器控制系统以及基于控制系统的物理应用的基础上,研发了HLS-II基于物理量控制系统；介绍了该系统的硬件和软件结构,并从“物理量与工程量之间的转换”、“物理记录间同步”和“不同功能模块的硬件共享”三个方面详细描述了它的基本原理和功能；给出了该系统的性能测试结果,结果表明该系统完全可以满足光源调试和运行的需要。在基于物理量控制系统的基础上开发了多种上层物理应用。论文详细介绍了其中几个典型的应用,即储存环Lattice标定和束流光学参数校正、注入器与储存环能量匹配和储存环插入元件Lattice补偿、储存环束流闭轨反馈。利用校正铁和BPM测量的响应矩阵所包含的信息进行了HLS-Ⅱ Lattice标定和光学参数校正。在此过程中,采用LOCO进行Lattice拟合,并利用HLS-Ⅱ控制系统中“不同功能模块的硬件共享”功能来同时实现储存环Lattice校正,使得储存环的实际Lattice很好地和理论模型吻合。利用HLS-Ⅱ控制系统“物理记录间同步”功能进行了注入器和储存环的能量匹配,方便了光源的调试；利用HLS-Ⅱ控制系统中“不同功能模块的硬件共享”功能进行储存环插入元件的Lattice补偿,消除了插入件对储存环光学参数的影响,降低了插入件的非线性效应。储存环束流轨道稳定性是同步辐射光源的一项重要性能指标,提高束流轨道稳定性也是HLS-Ⅱ调束软件的主要任务。论文从束流闭轨校正的原理和方法、校正铁电源稳定性对束流轨道的影响、束流闭轨反馈目标轨道的测量、以及反馈软件的开发等方面介绍HLS-Ⅱ束流闭轨反馈系统。束流闭轨反馈使全环轨道的稳定性大幅提高,使得束流轨道长期稳定性4μm (RMS),接近三代同步辐射光源水平。本论文开发的HLS-Ⅱ基于物理量控制系统,在国内首次实现了对加速器元件物理量的直接控制。在此基础上开发的上层物理应用已在HLS-Ⅱ调试期间发挥了重要作用,也为HLS-Ⅱ的稳定、高品质运行提供着必要保证。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL594
【图文】：

流程图,分布式控制系统,架构,控制系统

统的复杂性Ｗ及基于ＶＭＥ的控制器性能的局限性，储存环各种元件是通过５个逡逑ＩＯＣ邋（ＲＮ任ｗｅｓｔ，邋ＲＮＧ：ｅａｓｔ，邋ＲＮＧ：ｎｏｒｔｈ，ＲＮＧ：ｓｃｍｔｈ邋和邋ＲＮ任ｏｒｂｉｔ）来进行控制逡逑的，如图１－３－１所示。储存环的能量ＲＮＧ：ＥＮＧ存在于ＲＮ任ｗｅｓｔ内。在每个ＩＯＣ逡逑内都有一个克隆的能量ＲＮＧ：ＥＮＧ：ｘｘｘｘ（ｘ：描Ｘ分别表示ｗｅｓｔ、ｅａｓｔ、ｎｏｒｔｈ、ｓｏｕｔｈ逡逑和ｏｒｌ卿。当ＲＮＧ：ＥＮＧ改变时，系统通过ＦａｎＯｕｔ记录的Ｆｏｒｗａｒｄ邋ｌｉｎｋ来触发不逡逑同ＩＯＣ内的克隆能量随之改变。而克隆能量改变后，将会通过ｆｏｒｗａｒｄ邋ｌｉｎｋ来触逡逑发一组事件记录（ｅｖｅｎｔｒｅｃｏｒｄ）来发出一组不同优先级别的事件来触发各种相关逡逑记录的处理。事件优先级别是依据不同加速器元件的重要性来确定的。如二极铁逡逑和四极铁优先级最高，六极铁次之，校正铁和其他辅助线圈再次等。这种能量逡逑ｒａｍｐ机制在光源的实际运行中实现了储存环能量的平滑、快速改变，满足了实逡逑验用户的需求。逡逑ＲＮＧ：ＥＮＧ逡逑Ｆｏｒｗａｒｄ逡逑，Ｉ￣￣＾￣￣逦Ｉ逦＿￣￣Ｉ逡逑ＲＮ邋伍邋ＥＮＧ：ｗｅｓｔ邋…ＲＮＧ：ＥＮＧ：ｎｏｒｔｈ邋…ＲＮＧ：巨ＮＧ：ｏｒｂ邋化逡逑ｉ逦ｉ逦Ｉ逡逑Ｅｖｅｎｔ逦Ｅｖｅｎｔ逦Ｅｖｅｎｔ逡逑．衍．逦ＴＴＴ逡逑物理量记录逦物理量记录逡逑Ｔ逦Ｔ逡逑工程量记录逦工程量记录逡逑Ｔ逦Ｔ逡逑硬件设备Ｉ逦Ｉ硬件设备逡逑图１－３－１邋Ｄｕｋｅ基于物理量控制流程图逡逑在ＤＦＥＬ控制系统中

示意图,储存环,四极,四极磁铁

逑巧邋Ｃｏｒｒｔｒｏｌ逡逑图２－２－６邋ＨＬＳ－ＩＩ储存环四极铁功能划分示意图逡逑ＢＰＭ逦Ｇｏｒｂ逦［一Ｌｏｃａｌ—＇逡逑逦±逦邋逦Ｉ逦逡逑ＸｂＰＭ逦Ｘｇｏｒｂ逡逑Ｗ逦邋Ｔ逦逡逑Ａｄｊｕｓｔｅｄ邋Ｏｒｂｉｔ逡逑逦＾邋Ｆ邋逦逦逦逡逑Ｔａｒｇｅｔ邋Ｏｒｂｉｔ邋４－逦逡逑逦ｉ逦逡逑Ｏｒｂｉｔ邋Ｆｅｅｄｂａｃｋ逡逑图２－２－７邋ＨＬＳ－ｎ储存环巧合轨道位置功能划分示意图逡逑ＨＬＳ－ＩＩ储存环闭合轨道位置功能划分如图２－２－７所示。为了实现储存环闭合逡逑轨道的全环反馈和局部调整，合肥光源储存环闭合轨道位置划分为ＢＰＭ读值、逡逑黄金轨道及局部调整几个功能块。攻ＰＭ读值是直接从束测系统获得。黄金轨逡逑道采用基于束流的方法测量四极铁中也、（Ｂｅａｍ邋Ｂａｓｅｄ邋Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，邋ＢＢＡ）得逡逑到。局部调整主要用于在黄金轨道的基础上手动调整轨道反馈的目标轨道，从而逡逑获得局部凸轨或局部调整轨道角度。逡逑２５逡逑

直线加速器,加速段,电子束能量,梯度

逦第章ＨＬＳ－ＩＩ基于物理量控制系统逦逡逑基于物理量控制系统中，能量是主要的调节参数，为了方便光源的调试和运逡逑行，对光源的不同部分定义与其对应的能量。由于直线加速器每段能量不同，对逡逑直线加速器我们采用分段控制，根据不同的能量段来分别控制四极铁的聚焦强弱。逡逑直线加速器的能量段定义为：逡逑Ａ０：为Ｂｕｎｃｈｅｒ与第一个等梯度加速段Ａ１间的电子束能量；逡逑Ａ１：等梯度加速段Ａ１和Ａ２间的电子束能量；逡逑Ａ２：等梯度加速段Ａ２和Ａ３间的电子束能量；逡逑Ａ４：等梯度加速段Ａ４和Ａ５间的电子束能量；逡逑Ａ６：等梯度加速段Ａ６和Ａ７间的电子束能量；逡逑Ａ８：等梯度加速段Ａ８后的电子束能量；逡逑由于等梯度加速段Ａ３和Ａ４，等梯度加速段Ａ５和Ａ６，等梯度加速段Ａ７和逡逑Ａ８间没有任何磁铁，所Ｗ这几段等梯度加速段间的能量可暂时不考虑，见图２－逡逑３－２。逡逑ＩｊｉｉｒＫｈｒａ邋Ａ１逦Ａ２逦Ａ３逦Ａ４逦访逦ＡＣ逦Ａ７逦ＡＳ邋跑邋0邋曲：ＳＭ逡逑－逦逦——■邋■邋■—－逡逑

【引证文献】