快循环同步加速器射频加速电压幅度的数字化控制

开发， 系统仿真结果表 明， 环路误差信号大约于 １ ｓ４ ０个系统时钟） ０ （０ 后归于 ０ 整个 电压幅度控制 环路能稳 ，
定运行 。
关 键 词 ： 中 国散 裂 中子 源 ； 快 循 环 同步 加 速 器 ； 加 速 电 压 ； 传 递 函 数 ； 闭 环 控 制 ； ＩＱ 解 调 ； ／
第２ Ｏ卷第 １ 期 １
２０ 年 １ 月 ０８ １
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ ． ０ １ ２ ，Ｎｏ １ ．１
ＮＯ Ｖ．，２ ０８ ０
文 章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ ０ ） １１ ０ ～ ５ ０ １４ ２ （ ０ ８ １ —９ ８ ０
是 为束流提供 所需 的射频 电压 ， 完成对 注人质 子束 团的纵 向俘获 和加速 。
射频 系统 通过低 电平 控制 系统 （ Ｌ Ｆ 来 实现 对 电压 幅度 和加 速相 位 的控 制 ， 同时提 供扫 频 载波信 号 。 Ｌ Ｒ ） 并
Ｌ ＲＦ经历过 全模拟 控制 、 字加模 拟控 制和 正在发展 的全数 字控 制三个 阶段ｌ 。由于对 Ｒ Ｓ射频 系统 的动 Ｌ 数 １ ］ Ｃ
快循 环 同步加 速 器射 频 加 速 电压 幅 度 的数 字 化控 制
邱颖伟 ， 孙 虹 ， 唐靖宇， 李 晓
（ 中国 科 学 院 高 能 物 理研 究 所 ， 京 １ ０ ４ ） 北 ００ ９
摘
要 ： 中国 散 裂 中子 源 （ Ｓ ） 循 环 同步 加 速 器 （ Ｃ ） 的射 频 低 电 平 控 制 系统 是 基 于 Ｆ ＧＡ 的 全 Ｃ ＮＳ 快 Ｒ Ｓ中 Ｐ
速器 注入 到环形 同步加 速器 中 的质子 束 团进 行俘 获 、 加 速和引 出 的需 要 。经 Ｒ ＡＭＡ 程 序 优 化设 计 的 加 速 电
＞
压 、 ］ 射频频 率 的变化情 况如 图 １ 示 。为 减小 射频 俘 所
获过程 中的束 流损失 ， 要求在 加 速开 始 阶段 很 短 的时 间 内射频 电压梯 度有很大 的提 高 ， 对应 于 整个 加 速周 期 开
数 字 Ｐ 控 制 Ｉ
中 图分 类 号 ： Ｔ ５ ＋４ Ｌ４
文献标志码 ： Ａ
在 中国散 裂 中子源 （ Ｓ ） Ｃ Ｎｓ 快循 环 同步 加速 器 （ Ｃ ） ， 制 束流 损 失 是纵 向束 流 动力 学 设计 的重要 一 ＲＳ中 控 环 ， 频加速 电压 、 频频 率和 同步加 速 相位 是决 定 纵 向束 流 动力 学 的主 要 因素 。Ｒ Ｓ射 频 系 统 的主 要作 用 射 射 Ｃ
始 的 ０ ５ ｍｓ 内， 速 电 压 由起 始 的 ２ Ｖ 提 高 到 ． 加 １ｋ
ｔｍｅ ｍｓ ｉ ／
Ｆｉ ． ＲＦ ｏ ｔ ｇ ｎ ｒ ｑ ｅ ｙ ｃ ｒ ｅ ｕ ｉ ｇ ａ ｃ ｌｒ ｔ ｎ ｃ ｃｅ ｇ１ ｖ ｌａ ｅ ａ ｄ ｆ ｅ ｕ ｎｃ ｕ ｖ ｓ ｄ ｒｎ ｃ ｅ ｅ ａ ｉ ｙ ｌ ｏ
跟随 电压幅 度 曲线 ；２ 束流 同步 相位 控制 环 ， 制 腔压 相位 来保 持 它与 束流 相 位 的同步 ， １ Ｎ Ｎ 同步振 荡 ； （） 控 用２ Ｉ
＊
收 稿 日期 ：０ ８ ０ — ４ ２ ０ — ９０ ； 修 订 日期 ： ０ ８ １ － ２ ２ ０ ～ １１ 基 金 项 目 ： 国散 裂 中子 源 预 研项 目 中
图 １ 工作 周 期 内 Ｒ Ｆ电 压 与频 率 变 化 曲线
７ Ｖ； ５ｍｓ ０ｋ 在 附近 ， 电压上 升到最 大值 １ ５ｋ 在加 速周期 的最后 阶段 ， ６ Ｖ； 电压 下降到 约为 １ ０ｋ ０ Ｖ。
Ｃ ＮＳ Ｒ ＳＬ Ｒ Ｓ ／ Ｃ Ｌ Ｆ数 字控 制系统 主要 由 以下几 个部分 组成 ：１ 电压 幅度控 制 环 ， 制 腔 的加 速 电压 幅度 （） 控
态性 能和稳定 性要求 较 高 ， 并且控 制功 能复杂 ， 电平 控制 系统将 采用全 数字 的控制 技术 。本文将 重点介 绍 电 低
压 幅度数字控 制 回路 的设 计方 案 。
１ Ｒ Ｆ低 电平控 制 系统 的 设 计 方 案
根据 Ｃ Ｎ ／Ｒ Ｓ的物理设计 要求 ， ＳＳ Ｃ 射频 系统需 要 ８ ｌ ～ Ｏ个铁 氧体 加 载腔 ， 供最 大 １ ５ｋ 的射 频 加速 提 ６ Ｖ 电压 。每腔 配 以独 立 的偏 流源 系 统 、 频 功率 源 和低 电 射 平控 制 系 统 。在 ＲＣ Ｓ中 ， 氧 体加 载 腔 以 脉 冲方 式 工 铁 作， 占空 比为 ５ ， ０ 重复频 率 ２ ， ５Ｈｚ 即每个 工作 周期 为 ２ ０ｍｓ。在 一个工作 周 期 内 ， 频 系统 要 提供 变化 的射 射 频 频率 、 速 电压 和 同步加 速 相 位 ， 加 以满 足 对 由直线 加
频 电压 幅 度 信 号 与 电压 幅度 设 定 值 的 比较 ， 到 误 差 信 号 。误差 信 号 经 过 控 制 器 来 控 制 输 入 到射 频 腔 的功 率 ， 得 以达 到 稳 定 和 改 变 腔 压 的 目的 。通 过 对 控 制 对 象 的 分 析 和 建 模 ， 到 了 满 足 系统 要 求 的 控 制 器 。详 细 介 绍 了 得 数 字 系统 的 实 现 ， 其 是 信 号 的解 调 和控 制 算 法 的实 现 。用 ＡＬ Ｒ 公 司 的 ＤＳ ｕ ｄ ｒ 行 数 字 控 制 系 统 尤 ＴＥ Ａ Ｐｂｉｅ 进 ｌ
数字控制系统 ， 旨在 完 成 对 射 频频 率 、 速 电 压 和 同 步 加 速 相 位 的 控 制 。介 绍 了 Ｃ Ｎ ／ Ｃ 加 Ｓ Ｓ Ｒ Ｓ射 频 系 统 的 低 电 平 数 字 化 控 制 设 计 方案 ， 着 重对 射 频 加 速 电压 幅度 控 制 回路 进 行 了分 析 与 讨 论 。 电压 幅 度 控 制 环 路 通 过 射 并