加速器磁铁电源解析模型最优控制方法

发布时间：2022-01-13 10:03

　　强流重离子加速器装置中增强器是获取高流强、高亮度和高品质重离子束流的关键设备。根据不同束流运行模式和实验要求,增强器的二极磁铁脉冲电源能够输出不同的宽动态高精度非谐振脉冲电流波形,其电流上升速率高达37980A/s,并且要求电流能够被严格控制并跟踪给定波形。因此提出了具有强约束条件的单开关周期高精度控制目标。这对全世界加速器磁铁电源的控制是极大的挑战。为此本论文提出不同于PID控制和RST控制的解析模型最优控制方法,作为一种新的选择。在研究过程中,发现了控制精度严重受限于动态电感。因此在本论文提出了加速器磁铁电源动态电感的假设,即加速器磁铁在流经不同的电流波形时,将有不同的动态电感波形。而单开关周期动态电感的辨识也是一个尚未解决的挑战。因此当假定磁铁电源为定常系统并且参数已知时,开展解析模型最优控制方法的研究。首先分析了拓扑状态和拓展时序,进而确定了控制目标。为了更关注拓扑切换过程中连续动态变化,建立磁铁电源的解析模型。基于解析模型的最优化算法能够计算出每个开关周期的最优化占空比。根据算法实现需求,设计并搭建了高计算性能的数字控制器软硬件平台。在第一组仿真验证中,相比于经典比例积分微分... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省

【文章页数】：148 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?ＨＩＡＦ总布局图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?ＨＩＡＦ?ｇｅｎｅｒａｌ?ｌａｙｏｕｔ??

?第１章引言???５０００?－?ｆ?Ｉ—＾?－??３７９８０Ａ／Ｓ?／?／?＼??＇ＭＭ??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０?１．２?１．４?１．６?１．８??Ｔｉｍｅ?（ｓ）??图１．２?ＨＩＡＦ磁铁电源可能运行的电流波形??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｗａｖｅｆｏｒｍｓ?ｏｆ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ?ｆｏｒ?ＨＩＡＦ?ｍａｇｎｅｔ??表１．１?ＨＩＡＦ?ＢＲｉｎｇ二极铁电源与国际同类电源对比??Ｔａｂｌｅ?１．１?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ＨＩＡＦ?ＢＲｉｎｇ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ?ｆｏｒ?ｄｉｐｏｌｅ?ｍａｇｎｅｔ?ａｎｄ?ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ??ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓａｍｅ?ｔｙｐｅ??加速器?磁场上升率?电流上升率?相对跟踪精度?控制方法??ＣＥＲＮＰＳ?１．７５７／５－?４．１６６?ｘｌ０＿５?ＲＳＴ?ｃｏｎｔｒｏｌ??ＧＳＩＳＩＳ１８?１０Ｔ／ｓ??ＧＳＩＳＩＳ１８?３００００Ａ／Ｓ?±２．５?ｘ?１０－４??Ｊ－ＰＡＲＣ?Ｍａｉｎ?Ｒｉｎｇ?２１２３?Ａ／ｓ?１?ｘ?１０—４?ＰＩ?ｃｏｎｔｒｏｌ??ＨＩＡＦ?ＢＲｉｎｇ?＼２Ｔ／ｓ?３７９８０Ａ／ｓ?±１?ｘ?１０＿４??３??

?第Ｉ章贿???数宇控制方法，Ｒ和Ｓ部分执行调节特征，Ｔ部分执行跟踪特征，实现了调节特性??与跟踪特性的独立控制（Ｌａｎｄａｕ，?１９９７）（Ｏｓｔｅｒｔａｇ和Ｇｏｄｏｙ，２００５）（．龙涛等，２〇１５）。如??图１．３所示，多项式尺（ｚ—４、Ｓ（ｚ－ｉ）和ｒ（ｚ—ｂ构成了ＲＳＴ控制器，ｉ）和５（ｚ－ｂ构??成了被控设备的离散函数，ｔ／（ｚ—ｂ为ＲＳＴ控制器输出脅号，／叩Ｓ为给定输??入倩醫网为被控制设备输出儒号（Ｏｌａｙｉｗｏｌａ：等，．．２００６）。??ｉ＾＾ｂｂ?ｉ＾＾ｂ＊?—，??ｔ?Ｋｌ、丨?ｘ??Ｉｎｐｕｔ｛ｚ?：）?｜?＿ｌＮ?＋?／￣Ｎ?１?＇Ｕｉｚ?ｌ）?Ｂ（ｚ￣ｌ）?〇ｕｔｐｕｔ（ｚ??Ｔｉ?ｚ?１?￣￣Ｖ￣￣Ｗ＾ｒ，?＼Ａ＾）￣??｜?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ??Ｉ?Ｐｌａｎｔ??ｉ?—Ｉ??Ｉ??Ｒｉｚ－１）?－｜???Ｉ?ＲＳＴ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ｊ??、?夕??图１．３?ＲＳＴ控制框架??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?ＲＳＴ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ??ＲＳＴ控制器公式（１．１）和闭环传递函数（１．２）如下所示ｆ??Ｔ（ｚｌ）Ｉｎｐｕｔ（ｚｌ）?＝?Ｓ｛ｚ－ｌ）Ｕ｛ｚ＾）?＋?Ｒｉｚ＾Ｏｕｐｕｔｉｚ＾）?（１．１）??Ｏｕｐｕｔｊｚ１）???Ｂ（ｚ－ｌ）Ｔ（ｚ＾）???Ｉｎｐｕｔ?（ｚｌ）?＝?Ａ（ｚ－ｌ）Ｓ（ｚ－１）?＋?Ｂ（ｚ＾ｌ）Ｒ（ｚ－１）??Ｒ（ｚ?ｌ）?＝?ｒ〇?＋?ｒ＼Ｚ?１?＋?－－?－?＋?ｒｔｔｒｚ??Ｓ（ｚ?＝?１?＋?Ｓｉｚ?１?＋?？?？?？?＋?ｓｍｚ??Ｔ（ｚ?１）?＝?＋?ｔｉｚ?１?＋?？?？?？?＋


本文编号：3586208