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基于ZYNQ的XBPM束斑稳定控制系统研究

基于ZYNQ的XBPM束斑稳定控制系统研究

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作者：李松中国矿业大学

学位级别：硕士

随着第四代同步辐射光源的积极建设及X射线实验精度的不断提高,对于束斑位置稳定性的要求也越来越高。束斑位置稳定性是同步辐射光束线的重要指标,也是用户获得高质量实验数据的前提。束斑位置稳定性受环境振动干扰较大,单纯的隔振措施... 详细信息

随着第四代同步辐射光源的积极建设及X射线实验精度的不断提高,对于束斑位置稳定性的要求也越来越高。束斑位置稳定性是同步辐射光束线的重要指标,也是用户获得高质量实验数据的前提。束斑位置稳定性受环境振动干扰较大,单纯的隔振措施并不能完全消除环境干扰,因此针对高精度束斑位置稳定控制开展相应研究,对先进同步辐射光源的建设、提高实验数据质量及实验效率具有重要意义。为满足高精度束斑位置稳定性的要求,本文设计了一种基于束斑位置的反馈控制系统以实现束斑位置的主动调节,在此基础上搭建实验测试平台对其进行实验测试及分析。论文的主要内容包括:首先,介绍X射线束流位置探测器(XBPM)及束斑稳定控制的国内外研究现状,确定控制系统的整体方案设计,利用XBPM实时探测束斑位置构建反馈回路。结合控制系统的实际使用场景及需求,对系统的软硬件部分进行功能分析,软件部分采用EPICS完成控制系统开发,硬件部分使用Zynq Ultra Scale+MPSo C、XBPM、皮安表等实现所需功能。其次,对控制系统硬件电路的整体结构进行分析,采取核心板加扩展板的方式完成系统硬件电路部分实现。基于系统硬件电路的功能需求明确了外设电路应具备的功能模块及接口,主要包括UART接口、以太网通信接口、电源模块等,并完成了各个功能模块及接口的原理图设计。随后,为满足IOC运行的环境要求,使用Peta Linux构建Linux系统并搭建EPICS开发环境、创建IOC。根据控制系统软件部分所需完成的功能进行IOC数据库的设计,主要功能包括电流数据采集、束斑位置坐标解算、建立PID控制器、下发电压控制指令等。为方便束斑稳定控制系统的使用及调试,利用CS-Studio/Phoebus工具开发了可视化的用户操作界面。最后,搭建实验测试平台,对束斑稳定控制系统开展性能测试。在测试之前,为了解实验环境的振动强度,搭建了加速度测量装置测量环境振动加速度。随后分别测试了在有无反馈控制的情况下束斑位置受环境机械振动干扰的影响,并记录束斑位置变化数据。测试结果表明,面对环境振动等因素导致的束斑抖动,引入反馈后,控制系统不仅能够有效抑制束斑受环境振动等干扰所导致的偏移与抖动,且能使束斑位置长时间保持在设定位置。本论文有图70幅,表12个,参考文献81篇。

关键词：束斑位置稳定 X射线束流位置探测器 ZYNQ EPICS IOC

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