[发明专利]一种强流回旋加速器高频系统智能自启动方法

摘要

本发明涉及回旋加速器的高频控制技术，具体涉及一种强流回旋加速器高频系统智能自启动方法。该方法以PWM调制的高频信号驱动高频腔体，通过Sample‑Hold技术取得高频腔体取样信号在脉冲内的幅度和失谐角，得到高频腔体在次级电子倍增效应影响下的谐振位置，采用卡尔曼滤波器对调谐环输出的失谐角进行滤波，得到高频腔体的近似实际谐振位置。DSP根据卡尔曼滤波器的输出为目标，设定微调电容到达指定的位置，并在该目标位置开始启动过程。这种高频系统智能自启动方法可以提高强流回旋加速器高频系统的启动效率，缩短启动时间，有效避免次级电子倍增效应对高频系统的影响。

主权项

1.一种强流回旋加速器高频系统智能自启动方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)以占空比为D＝1/10的脉冲宽度调制高频信号驱动高频腔体，以脉冲宽度调制信号的上升沿触发幅度和失谐角采样保持单元采样得到高频腔体在脉冲内的幅度Amp和脉冲内的失谐角φ0；(2)将步骤(1)中得到的失谐角φ0通过数模转换器量化为16位数字量，输入数字信号处理器中经过φ‑P计算得到腔体在多电子效应影响下的谐振位置P0，P0即为卡尔曼滤波器的测量值Zk，φ‑P计算为线性映射计算P＝kφ+b，φ∈[31,341]，b∈R，其中比例系数k和偏移量b由实际系统的测量值经过计算得到；(3)根据高频腔体锻炼的数据，统计高频腔体冷状态下无多电子效应的谐振点的微调电容位置P，作为卡尔曼滤波器的初始化值X(‑1|‑1)；(4)根据卡尔曼滤波器的理论，k时刻的预测值由k‑1时刻的值和k时刻的测量值共同计算获得，k时刻的测量值为步骤(2)中得到的测量值Zk，Zk作为卡尔曼滤波器的输入值，由此，k时刻的卡尔曼滤波器输出值为：Pk|k＝(I‑KkHk)Pk|k‑1其中，是在k时刻的状态估计值，即k时刻的滤波器输出，是k时刻的状态预测值，由k‑1时刻的输出和k时刻的控制输入B_ku_k计算得来：Kk为最优卡尔曼增益，由下式定义：为测量余量，由下式定义：Pk|k是后验估计误差协方差矩阵，用来度量估计值的精确程度，I为单位矩阵，Pk|k‑1为k时刻的预测估计协方差矩阵，由下式定义：Q_k为过程噪声的协方差矩阵，可由系统参数计算得出，其中，测量值Zk满足Zk＝HkXk+Vk，Vk是观测噪声，其均值为零，协方差矩阵为Rk,且服从正态分布；为测量余量协方差，其中H_k是观测模型，将真实状态空间映射成观测空间，是S_k的逆矩阵，是H_k的转置矩阵；Fk是状态变换矩阵，Bk是作用在控制器向量uk上的输入－控制模型；最终，以卡尔曼滤波器k时刻的输出作为微调电容的目的位置P1；(5)以步骤(4)中的滤波器输出为目标地址，数字信号处理器控制微调电容运动到目的位置P1；等待脉冲幅度在正反馈作用下超过状态转变阈值Ampsetpoint，系统由脉冲宽度调制状态进入连续波状态，状态转变阈值Ampsetpoint与具体的高频腔体多电子效应区域分布有关，该值由高频腔体锻炼数据总结得出；如果等待时间大于等待时间上限，则返回步骤(2)循环执行算法，等待时间上限为人为经验设定值，与高频腔体实际锻炼情况有关；(6)在连续波状态下,逐步提升功率至加速电压达到束流加速要求值V0，系统进行幅度闭环控制，高频系统启动过程完成。