分布式中央定时触发系统在EAST超导托克马克中的应用

论文摘要

EAST（HT-7U）是中国科学院等离子体物理研究所独自建成的世界上第一个非圆截面全超导托克马克装置,用于研究受控核聚变,这种大型的实验装置牵涉的学科领域多、工程系统多。它大体上是由低温、真空、极向场、纵场、快控电源、微波、采集、诊断等多个子系统构成,整个EAST控制系统是一个大型的分布式控制系统（物理上和地域上均为分布式）,中央定时触发系统是EAST托卡马克装置控制系统的重要组成部分,主要负责提供一个控制机制在实验过程中发送一系列统一触发信号同步启动各个子系统,从而协调各子系统,使它们能够按照总控系统给定的实验运行模式投入运行,同时给所有的子数据采集系统一个统一的中央时钟,以保证所采集的信号有较好的同步性。本文首先详细介绍了EAST分布式中央定时触发系统的构成,然后根据EAST装置的实验要求完成了能提供各个分布式节点系统时钟和系统触发的核心模块和各个分布式节点中以太网接口电路、时钟分频和触发延迟模块、光电转换电路以及外围隔离驱动电路的设计。其中以太网接口电路是基于AVR单片机ATmega128和嵌入式实时操作系统Nut/OS实现了其主要设计,时钟分频和触发延迟模块采用可编程逻辑芯片FPGA作为核心器件实现了在32MHz系统时钟信号下,可选分频系数为0～65535间的分频时钟信号;并可提供的精度为1微秒最大延迟时间间隔为4294秒的触发信号。该系统已经投入到EAST装置的放电试验中,实测表明,该系统有较强的稳定性,并且易于升级改造可以满足较长一段时间内EAST装置的试验要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章: 绪论
• 1.1 受控核聚变
• 1.2 课题背景及论文结构
• 第二章: 分布式中央定时触发系统的总体介绍
• 2.1 分布式系统简介
• 2.2 分布式中央定时触发系统的介绍
• 2.3 EAST中分布式中央定时触发系统的介绍
• 第三章: EAST分布式中央定时触发系统中核心模块的实现
• 3.1 光纤信号网
• 3.2 核心模块的实现
• 第四章: EAST分布式中央定时触发系统中分布式节点的实现
• 4.1 分布式节点的基本结构
• 4.2 以太网网络接口电路
• 4.3 时钟分频和触发延迟模块
• 第五章: 外围隔离驱动电路的设计
• 5.1 电路隔离技术简介
• 5.2 分布式中央定时触发系统中采取的隔离技术
• 第六章: 测试与总结
• 6.1 系统测试
• 6.2 总结
• 6.3 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢