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用户需要光源能够持续稳定运行并提供高亮度,高质量的输出,但光源的运行状态受到多种因素的影响,其中以各种不稳定性为主,尤其是耦合束团不稳定性。横向逐束团反馈系统是当前世界上各大加速器普遍采用的关键技术,用于克服横向束团不稳定性。其中数字反馈技术相比模拟反馈,因为简洁可靠,搭建与调试方便,分析手段多样,所以世界各大高能实验室正越来越多地青睐数字反馈系统,或是直接采用数字反馈技术或是将模拟反馈再升级至数字反馈。合肥光源反馈系统就是从模拟反馈升级到了数字反馈系统。
合肥光源目前在200Mev注入,800Mev运行,采用八极铁辅助注入。但是众所周之,八极铁不仅增加了注入过程的非线性效应,而且明显减少了动力学孔径。HLS升级改造完成后,要求发射度由170nm·rad降低到30nm·rad,将使得八极铁抑制不稳定性不可再利用,因此进一步开发利用数字反馈系统,使其更好地用于抑制束流不稳定性,对于保证光源正常运行有着重大意义。
本文主要介绍了基于现有数字反馈系统所开发的控制系统及围绕此系统开展的相关工作和研究,完成工作主要由数字系统软件控制平台,数据处理程序,时钟系统,反馈效果模拟几部分组成。
控制系统基于MATLAB构造,采用动态链接库(DLL)封装了对处理器的基本操作,通过对处理器寄存器读写,实现直观快速的控制;同时控制系统有着极强的可扩展性,只要是通过FPGA寄存器实现的控制,经过简单的MATLAB语句编写,调用基本控制函数,就可以实现各种组合后的复杂功能,避免了系统功能的僵化。
对处理器ADC采样所得束流数据,及时利用数据处理程序进行分析,得到束流相空间,振荡模式图等信息,可用作束流不稳定性分析的辅助依据,并采用NAFF等方法计算工作点,实时显示,观察工作点变化的趋势。时钟系统采用自开发的时钟电路板,能够输出低抖动,高精度的LVDS信号,作为数字反馈系统的采样时钟,进一步稳定数字反馈系统的工作效果。利用MATLAB AT工具箱简单进行了不同增益下束流理论反馈效果的模拟实验。
综合开发好的各部分软硬件,进行了在线的测试验证,效果与预期相符,控制系统可以与数字反馈系统配合良好,减轻了数字系统调试负担,丰富了系统功能。