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用于踢轨控制系统的高精度控制器研制

罗金富  
【摘要】:Kicker控制系统是束流在CSRm和CSRe中进行传输的关键。当束流在CSRm中累积加速到一定的能量时需要引出到CSRe中,需要Kicker控制系统通过对CSRm的6台Kicker磁铁电源进行控制以产生偏转磁场将束流引出;同时,还要在合适的时机控制位于CSRe的4台Kicker磁铁电源以产生偏转磁场来将束流注入。所以,踢轨控制系统的精度影响着束流在CSRm和CSRe之间传输的效率。近代物理研究所已有的Kicker控制系统基于多板结构,同时需要安装较多的控制软件来协调工作,增加了整个控制系统的复杂程度;而且,系统的时间精度受限于主控FPGA芯片200MHz的工作频率,只能达到5ns,束流在环中的相位分辨率难以达到1o以下。 基于Kicker控制系统的升级需要,本课题研制了一款新型的Kicker控制器,以提高束流在CSRm和CSRe中的传输效率。新的Kicker控制器采用全新的ARM11+FPGA+DSP单板架构,以满足踢轨控制系统的总体需求。其中FPGA采用全新的CycloneIII芯片,工作频率可以达到400MHz,并将踢轨控制系统的时间精度提高到2.5ns。ARM11芯片用来取代原有的ARM7,以提供更为复杂的网络性能。同时,TI公司的TMS320C6713B DSP芯片提供了对浮点运算的支持,以及更高的工作频率。配套的控制界面则采用时下流行的B/S架构,在ARM11内部移植Boa嵌入式web服务器,以提供对客户端浏览器访问的支持。客户端浏览器显示的界面采用HTML+CSS+JavaScript开发,以提供给操作人员访问。 本课题的创新性在于高度集成化的单板Kicker控制器,不仅降低了控制系统接插线的复杂程度,还极大的提高了踢轨控制系统的时间精度和相位分辨率。同时,采用B/S架构进行浏览器控制界面开发也是本系统的一大特色,操作时不仅不需要安装多个控制软件进行协调工作,还不局限于使用指定的PC或者VNC远程操作,只需通过IP地址即可在局域网内进行跨平台、跨系统的进行Kicker参数设置,极大的提高了Kicker控制系统的用户体验度和便利性。 本文将从以下几方面展开:第一章的绪论主要用于介绍本课题的意义和背景;第二章的Kicker控制器总体框架主要用于介绍新型Kicker控制器的功能需求和相应的解决方案;第三章的原理图设计和PCB布局主要用于介绍新型Kicker控制器硬件上的设计与实现;第四章的ARM程序设计主要用于介绍ARM11如何实现充当浏览器界面和FPGA底层硬件通信功能的这一网络桥梁;第五章的FPGA逻辑设计主要介绍如何对踢轨控制系统的需求如延时触发调节,高速频率检测等进行功能划分和模块化设计;第六章的实验验证主要介绍Kicker控制器实际的实验过程中能否满足踢轨控制系统的需求;最后一章主要对之前的工作进行总结,并制定下一阶段的工作目标。


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