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《广西师范大学》 2004年
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束晕控制中的参数影响、粒子跟踪和自适应控制研究

廖高华  
【摘要】:本文在综述混沌控制和回顾束晕-混沌的形成机制、动力学方程及其特性以及混沌控制方法运用到束晕-混沌控制的基础上,研究了强流加速器中调谐衰减因子和真空相移的改变对束晕-混沌控制的影响及束晕-混沌控制对粒子横向运动的影响,并提出了一种新的控制方法——自适应控制方法实现了对束晕-混沌的较好控制。 在混沌控制综述部分选取了与本论文相关的一些混沌控制反馈方法:OGY方法、时间延迟反馈法、自适应控制方法等进行了介绍。 束晕-混沌的控制是新一代强流加速器研制的关键问题,随着强流离子束应用前景的日趋广阔而日益成为研究的热点。中国原子能科学研究院方锦清研究员等人首先将混沌控制的理论和方法运用于束晕-混沌的控制上,提出了控制束晕-混沌的非线性控制策略解决了利用传统机械限束器无法解决的束晕再生问题。在前人的基础上,本文主要做了以下三方面的工作。 首先,针对两个重要的系统参数:调谐衰减因子 及真空相移 的改变对束晕-混沌控制产生的影响作了研究。以前的研究均是在取相同的 和 下进行的,并未深入研究这些量发生改变时会对束晕-混沌控制产生怎样的影响。本文继续应用小波函数反馈控制器: ,研究了束流初始分布为K-V分布时,调谐衰减因子及真空相移的改变对控制效果的影响。首先保持真空相移不变改变调谐衰减因子的大小,通过对控制后各个统计物理量的比较,发现在调谐衰减因子取0.4左右仍能实现对束晕-混沌较好的控制。然后研究了在不同调谐衰减因子下真空相移的改变对束晕-混沌控制的影响,得到了仍能进行较好控制的最大真空相移的值,突破了以往不加控制时为避免非线性共振必须设计 , 的限制。根据调谐衰减因子及真空相移与束流强度的关系: ,可以计算得到加入控制后束流强度的最大值可设计为原来为避免非线性共振时的3.228倍。以上研究表明利用非线性函数控制束晕-混沌,不仅可以解决束晕再生问题,而且对传输系统中束流强度的进一步增大设计具有积极的意义。 另一方面,继续利用延迟反馈控制器 , 通过数值模拟研究了粒子在控制前后动力学行为的变化,发现粒子在控制后表现出了一些特有的规律:粒子 WP=3 横向运动被限制在一个环形区域里,其横向振动方向并且在绕加速器通道轴心旋转,经控制后其旋转一周的时间被控制在一定范围内变化。研究进一步表明束晕-混沌是一个相当复杂的运动过程,束晕的形成不仅与空间电荷的非线性效应有关,而且与能量交换有关。在失匹配因子、真空相移较大的情况下,粒子的混沌运动加剧了横向方向粒子的散射,不对束晕-混沌进行控制将会导致严重的后果。模拟实验进一步表明利用常规的方法刮除束晕粒子后并不能抑制核内的粒子继续逃逸出来,所以仍会出现束晕再生现象,因此利用外加控制器进行束晕-混沌控制是从根本上消除束晕的有效方法。 最后,针对以前的控制器中存在的问题,本文根据经典控制中的比例微分器提出了一种新的控制方法-自适应控制方法实现了对束晕-混沌较好的控制,其形式为: 。为避免寻找合适控制增益的问题,设计控制增益 的变化满足: 。本文用该控制器对不同初始分布的束流进行控制并取得了较好的控制效果,其中三种仅在1周期内就可达到束晕-混沌的完全控制,而且调谐衰减因子从0.1变化到0.9时,该控制器仍能进行较好的控制。 PIC多粒子模拟程序数值结果表明该控制器具有控制速度快、控制效果好、无须对增益因子进行准确计算等优点,并且在系统参数变化较大的范围内仍能对束晕-混沌进行有效的控制,因此具有较好的应用前景。本文还就进一步减少控制代价作了讨论,在每周期只测量一次变量的情况下仍能实现对束晕-混沌的较好控制。 以上工作从三个方面对束晕-混沌控制进行了研究,均得出了较有意义的结果,为实际运用中束晕-混沌的控制及加速器的设计提供了一定价值的参考。
【学位授予单位】:广西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O415.5

【引证文献】
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1 万霞;翁甲强;陈志波;陈乐;;几种典型控制器实现束晕控制所需时间的研究[J];广西师范大学学报(自然科学版);2008年03期
2 万霞;翁甲强;刘萍;杨翠云;;对数函数控制器的一种改进[J];广西物理;2008年02期
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1 杨翠云;以局部区域内的离子数为探测信息的束晕—混沌控制模拟研究[D];广西师范大学;2006年
【参考文献】
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8 邹艳丽,罗晓曙,方锦清,汪秉宏,陈关荣,蒋品群;用比例微分控制器实现混沌控制[J];广西师范大学学报(自然科学版);2002年03期
9 成丽春,翁甲强,朱伦武,方锦清;加速器束晕控制中填充因子对束半径的影响[J];广西师范大学学报(自然科学版);2002年04期
10 方锦清;强流离子束物理问题及其束晕-混沌的控制方法[J];广西师范大学学报(自然科学版);2003年03期
【共引文献】
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9 刘荣;基于不同方案的混沌函数投影同步探究[D];大连理工大学;2010年
10 陈润颖;基于不同行为决策的电力市场演化博弈及其混沌控制[D];长沙理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 周炼,刘存富;加速器质谱计在第四纪年代学研究中的应用[J];地质科技情报;1997年04期
2 高远,蔡启仲;K-V分布强流离子束包络的外部磁场自适应控制[J];广西工学院学报;2003年04期
3 高远,翁甲强,罗晓曙,方锦清;强流加速器中束晕—混沌的小波函数控制研究[J];广西师范大学学报(自然科学版);2001年01期
4 朱伦武,翁甲强,高远,方锦清;控制束晕—混沌的延迟反馈法[J];广西师范大学学报(自然科学版);2002年02期
5 成丽春,翁甲强,朱伦武,方锦清;加速器束晕控制中填充因子对束半径的影响[J];广西师范大学学报(自然科学版);2002年04期
6 方锦清;强流离子束物理问题及其束晕-混沌的控制方法[J];广西师范大学学报(自然科学版);2003年03期
7 廖高华,翁甲强,成丽春,方锦清;真空相移对束晕-混沌控制影响的一些研究[J];广西师范大学学报(自然科学版);2004年01期
8 白龙,翁甲强,成丽春;强流加速器束晕控制中填充因子对束粒子密度的影响[J];广西师范大学学报(自然科学版);2004年01期
9 刘萍,翁甲强,白龙,罗晓曙;以匹配半径外离子数为控制变量的束晕控制[J];广西师范大学学报(自然科学版);2004年04期
10 万霞;翁甲强;陈志波;陈乐;;几种典型控制器实现束晕控制所需时间的研究[J];广西师范大学学报(自然科学版);2008年03期
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2 万霞;强流离子束实现束晕控制所需时间的研究[D];广西师范大学;2008年
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1 万霞;翁甲强;刘萍;杨翠云;;对数函数控制器的一种改进[J];广西物理;2008年02期
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【二级参考文献】
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2 高远,翁甲强,罗晓曙,方锦清;强流加速器中束晕—混沌的小波函数控制研究[J];广西师范大学学报(自然科学版);2001年01期
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