数字化反馈控制实验平台的研究
数字化反馈技术正在成为大型加速器控制系统中的一项重要技术，它可以有效地克服许多影响束流轨道稳定的动态因素，例如地基振动、电源纹波、涡流效应以及环境温度的变化等。本论文的研究工作是建立了一个数字化反馈的研究平台，用来在目前尚未具备加速器装置的条件下，开展对加速器束流轨道的全局反馈和局部反馈中广泛应用的经典PID反馈控制算法的研究，以及对现代控制理论的状态空间模型应用的研究。
数字化反馈的研究平台包括两方面的内容：(1)采用MATLAB软件工具建立的数字化反馈仿真平台：(2)数字化反馈控制实验平台。
利用MATLAB数字化反馈仿真平台，研究了经典控制理论中的传递函数模型以及建立数字化反馈研究平台的数学模型的方法，并以美国APS同步辐射光源相类似的实验平台的数学模型为基础，运用数字信号处理和PID反馈控制理论，结合MATLAB的数字信号控制工具箱，从系统的稳定性、时域特性、复域和频域特性等方面对开环系统和闭环系统进行了分析；研究了PID反馈控制器的基本特点、设计方法、算法实现。这些仿真研究的目的是为建立数字化反馈控制实验平台（开环系统和闭环系统）提供理论依据。
此外，还研究了数字信号处理和数字反馈系统的其它功能，如数字滤波器、Simulink的系统建模等；研究了现代控制理论中的状态空间模型、系统的能控性和能观测性以及基于状态矢量的调制器和控制器的反馈控制系统。最后，通过实例研究了PC/Linux下MATLAB、EPICS及MCA接口的集成技术。
数字化反馈控制实验平台由实验装置平台和DSP反馈控制平台两部分组成。实验装置平台由被控对象四极磁铁、磁铁电源以及兼用作扰动注入和反馈的Hall元件及电路组成；DSP反馈控制平台由浮点VME/DSP系统及软件开发平台组成。
数字化反馈控制实验平台研究工作包括如下内容：建立了数字化反馈控制实验平台的装置及计算机软、硬件环境；研究了系统工作原理并建立了实验平台的数学模型；研究了扰动注入的原理和方法；测试了被控对象、扰动注入器的频率特性；研究了实验平台的工作参数，包括噪声的引入、ADC/DAC采样率的设置、反馈信号参考值的确定和PID参数的经验测定；分析、研究和测试了在各种反馈控制模型下和各种不同的参数设置下，反馈系统对扰动的抑制能力；测试了整个反馈控制实验平台的系统性能；最后应用MATLAB对整个实验平台进行了理论分析。
加速器中的数字反馈技术是一项内容广泛、技术复杂的研究工作，本论文工作的创新内容之一，是在国内率先建立了用于加速器数字反馈研究的实验平台，获得了针对加速器装置数字反馈控制的关于数字信号处理、经典及现代控制的实验知识，掌握了运用经验公式测定PID反馈控制器的参数以及控制算法的代码实数字化反馈控制实验平台的研究现等知识和经验，为进一步开展加速器数字反馈控制研究积累了经验。
扰动注入方法是本论文工作中另一项具有创新性的方法，其核心设计思想是将用作反馈的Hall元件同时用来注入扰动噪声，由此获得接近真实的外部扰动的环境，从而开展数字反馈系统及算法的研究。这个方法具有简单、灵活和实用等特点。在我们的调研范围内，未见其他实验室报道采用这一方法。
- 作者：
- 郑丽芳
- 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：
- 2005年
- 导师姓名：
- 刘松强
- 中图分类号：
- TL501.5
- 关键词：
- 加速器装置；数字反馈控制；扰动注入；束流轨道
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