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合肥光源束流不稳定性测量和横向模拟反馈

2020-12-07阅读(347)

合肥光源束流不稳定性测量和横向模拟反馈

论文摘要

追求光源高亮度和高稳定性是加速器装置建造者的主要目标。对同步辐射光源而言,有着各种因素影响着光源流强的提高和光源稳定性,其中影响最大的是各种束流不稳定性,尤其是耦合束团不稳定性。对储存环中束流运行时存在的各种不稳定性现象进行研宄,建立有效的观测手段,采取有针对性的措施来抑制不稳定性的发生,从而保证光源的稳定运行和提高光源亮度是重要的课题之一。在此背景下作者所在的课题组进行了合肥光源逐圈测量、逐束团测量和横向反馈系统的研制。本文的重点是介绍逐圈测量系统的集成和应用,以及逐束团横向模拟反馈系统的改进及相关应用研宄。本文首先介绍了合肥光源逐圈测量系统的集成和应用。开发了系统配套控制软件和数据处理程序。对逐圈测量系统的应用进行了研究,引入了基于NAFF算法的瞬时工作点提取和基于数字锁相的阻尼时间计算方法,总结并发展了相空间的测量和计算,还进行了横向耦合度测量的计算。其次,对合肥光源横向模拟反馈系统样机进行了改进。在很多实验研究分析的基础上,提出并进行了如下改进:前端束流位置信号处理模块的重建;加入了直流成分剔除单元;改进了信号矢量合成模块并增加了四路高频相位控制模块;加入了XY反馈增益独立控制模块;全面优化了信号传输线路,有效解决了信号传输中的反射问题。本文还开发了基于EPICS的反馈系统控制软件。最后,使用逐圈测量系统和改进后的横向模拟反馈系统对合肥光源电子储存环进行了不稳定性研究。本文分析了纵向振荡对横向模拟反馈系统的影响。对800MeV运行状态下合肥光源电子储存环不稳定性进行了初步研究,给出了Beta振荡的增长和阻尼时间,计算了瞬时工作点变化和对应的相空间变化规律。本文还介绍了改进的横向模拟反馈系统在注入状态下的调试实验,对200MeV注入状态的不稳定性现象进行了测量和分析。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究目的
  • 1.2 研究现状
  • 1.3 研究内容
  • 1.3.1 逐圈测量与束流反馈相关理论的研究
  • 1.3.2 逐圈测量系统的集成
  • 1.3.3 横向模拟反馈系统的改进
  • 1.3.4 基于逐圈逐束团测量和横向模拟反馈的实验
  • 1.4 创新及特色
  • 第2章 逐圈测量与横向反馈相关理论
  • 2.1 束流运动及其频谱信号
  • 2.1.1 电子储存环中的束流运动
  • 2.1.2 束流在时频域的调制
  • 2.2 束流信号探测及信号处理
  • 2.2.1 束流位置信号探测
  • 2.3 逐束团反馈相关理论
  • 2.3.1 尾场效应和耦合阻抗
  • 2.3.2 横向耦合束团不稳定性描述
  • 2.3.3 逐束团反馈原理
  • 2.4 测量和反馈中的信号处理
  • 2.4.1 反馈系统中的信号处理
  • 第3章 逐圈测量系统的集成与应用
  • 3.1 对数比处理与束流位置信号获取
  • 3.1.1 BERGOZ LR-BPM处理模块
  • 3.2 信号采集模块GAGE CS1250和时钟模块
  • 3.3 控制软件与信号分析
  • 3.3.1 数据获取与显示程序
  • 3.3.2 系统联机调试
  • 3.4 逐圈测量系统的应用
  • 3.4.1 基于NAFF算法的瞬时工作点提取
  • 3.4.2 横向相空间测量
  • 3.4.3 基于数字锁相检测的阻尼时间计算
  • 3.4.4 横向XY耦合度测量
  • 第4章 HLS横向模拟反馈系统的改进
  • 4.1 改进方案中的关键问题
  • 4.1.1 信号传输中的信号反射
  • 4.1.2 系统动态范围与信噪比
  • 4.2 横向模拟反馈系统改进
  • 4.2.1 前端电子学处理模块的改进
  • 4.2.2 束流位置信号直流成分剔除单元
  • 4.2.3 信号矢量运算单元改进
  • 4.2.4 光纤滤波器的应用
  • 4.2.5 新反馈条带的使用
  • 4.2.6 增益独立可调模块
  • 4.3 基于EPICS的系统控制软件
  • 4.3.1 EPICS控制系统模型
  • 4.3.2 合肥光源模拟反馈控制系统
  • 4.4 相关实验系统的研制和集成
  • 4.4.1 基于扫频激励的单束团形成
  • 4.4.2 快速门控测量系统
  • 第5章 相关实验研究和分析
  • 5.1 纵向振荡对横向反馈的影响计算
  • 5.1.1 纵向振荡幅度的测量
  • 5.1.2 纵向振荡对横向反馈检波的影响
  • 5.1.3 纵向振荡对横向反馈相位影响
  • 5.1.4 小结
  • 5.2 使用TBT研究HLS注入状态下不稳定性
  • 5.2.1 注入时工作点和相图
  • 5.2.2 模拟反馈系统的阻尼时间测量
  • 5.2.3 模拟反馈系统注入实验
  • 5.3 使用TBT研究HLS运行状态下不稳定性
  • 5.3.1 测量系统和试验条件
  • 5.3.2 数据分析与计算
  • 5.3.3 实验小结
  • 5.4 模拟反馈系统调试实验
  • 5.4.1 下变频单元3*RF信号相位调整
  • 5.4.2 束流信号直流成分剔除单元的调试
  • 5.4.3 反馈时序的调整
  • 5.4.4 单束团下反馈相位的初步调试实验
  • 5.4.5 多束团情况下反馈相位和功率的调试
  • 5.4.6 单束团情况下横向耦合系数与流强的关系
  • 5.5 HLS注入时耦合束团不稳定性测量和分析
  • 5.5.1 单束团状态下耦合束团振荡模式
  • 5.5.2 反馈调试时耦合束团振荡模式测量
  • 第6章 结论和展望
  • 6.1 逐圈测量系统的集成和应用
  • 6.2 反馈系统的改进
  • 6.3 基于逐圈测量和逐束团反馈的实验
  • 6.4 下一步工作展望
  • 参考文献
  • 附录A 逐圈测量和分析程序
  • 1.数字锁相检测计算阻尼时间Matlab代码
  • 2.NAFF算法的Matlab仿真程序
  • 3.反馈开-关-开时束流的Tune值变化图
  • 附录B 耦合束团不稳定性连续跟踪
  • 1.AcqirisRun 2009-03-10T13-32-48反馈关
  • 2.AcqirisRun 2009-03-10T13-30-53反馈开
  • 附录C 基于Matlab的Bunch-by-Bunch处理程序
  • 1.设置全局变量param.m
  • 2.DC440数据读取readfile.m
  • 3.计算平均工作点findfs.m
  • 4.使用fir高通滤波器对数据进行滤波处理filtebunchesfir.m
  • 5.使用窄带滤波对数据进行处理filtebunches.m
  • 6.对滤波后的数据,进行模式计算modes.m
  • 7.重新封装的适用于反馈处理的3D绘图函数waterplotl.m
  • 8.绘制耦合模式3D图形,并存盘plotmod.m
  • 9.计算指定模式的阻尼时间Moddampingtime.m
  • 致谢
  • 在攻读博士学位期间发表的论文
  • 文中附图索引
  • 文中附表索引

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