一种基于PID控制结构的加速器磁铁数字化电源控制器性能评估以及新型控制结构可行性研究
本文首先对上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facilities，SSRF)一种基于PID(Propertional-Integral-Differential，PID)控制结构的数字化磁铁电源控制器性能进行了评估，该部分工作在中国科学院上海应用物理研究所完成。然后提出了一种基于状态空间描述的新型控制结构方案，并完成了该方案的可行性研究，这部分工作在瑞士西北应用技术大学(University of Applied SciencesNorthwestern Switzerland，FHNW)完成，是FHNW与瑞士保罗·谢尔研究所(Paul Schemer Institute，PSI)的合作项目“磁铁用数字化电源控制器精度及速度优化研究”的基础研究部分。
SSRF磁铁数字化电源控制器性能评估研究：
(1)在详细介绍了SSRF数字化磁铁电源系统的基础上，对SSRF数字化电源控制器的工作原理及软硬件结构进行了分析，设计并建立了一个实用的测试系统--SSRF数字化磁铁电源控制器测试系统。
(2)在对国内外模数转换器(Analog-to-Digiml Converter，ADC)测试方法进行充分调研的基础上，探讨并提出了一种实用的ADC测试方法，并在SSRF数字化磁铁电源控制器数据采集卡上进行了验证。
(3)在完成对电源控制器软硬件结构分析的基础上，提出了一种测试数字化电源控制器的新方法，在不带实际功率转换电路的情况下，完成系统闭环控制回路构建，并对电源控制器进行测试。在此闭环系统下，对基于TMS320F2812DSP的控制程序结构的分析及控制回路中关键模块的功能及性能测试，结合MATLAB单输入单输出(Single Input Single Output，SISO)控制工具箱SISOTool，完成了对控制器开环以及闭环PID调节测试。
一种基于状态空间描述的新型控制结构方案可行性研究：
(1)以PSI24V/7A快校正磁铁电源为控制对象，完成了其状态空间模型的建立及分析；
(2)分别从传递函数和状态空间描述出发，完成了连续时间域多种控制结构的仿真分析研究，比较仿真结果，最终确定一种基于状态空间和PID相结合的控制方案作为进一步的研究对象；
(3)借助于MATLAB强大的计算功能，在磁铁参数已知和未知情况下，完成了通过对电源变换器阻抗、传递函数、阶跃响应进行测试，根据测试结果对电路元件参数的识别的仿真研究；从而确定了通过测量电源输出电压阶跃响应，来识别系统参数的参数识别方案：
(4)基于MATLAB/GUI，完成了PC机与控制器硬件间通信接口软件设计；
(5)基于ADI ADSP-21065LDSP开发环境，完成了参数识别过程的阶跃响应测量，在MATLAB环境下完成系统参数识别过程和控制参数的下载；进一步完成了该控制方案核心控制算法在DSP上的软件实现及测试，并完成了该控制结构与实际快校正电源联合调试。
这项工作不仅可以为现有的数字化磁铁电源控制器控制结构优化提供参考，对正在进行的SSRF以及PSI快校正磁铁电源控制器的研发和测试也有着深远的意义。
- 作者：
- 柯新花
- 学位授予单位：
- 中国科学院上海应用物理研究所
- 专业名称：
- 核技术及应用
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2009年
- 导师姓名：
- 沈天健
- 中图分类号：
- TN792
- 关键词：
- 模数转换器；数字化磁铁电源控制器；性能评估；电源控制器
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