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基于FPGA的射频腔体系统数学模型在线辨识算法.pdf

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资源描述

1、第 卷第期原子能科学技术V o l ,N o 年月A t o m i cE n e r g yS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yA p r 基于F P G A的射频腔体系统数学模型在线辨识算法魏诗惠,马瑾颖,朱正龙,高郑,薛纵横,徐呈业,施龙波,陈奇,孙列鹏,黄贵荣,王志军,张善超,邱丰,(华南师范大学 物理与电信工程学院,广东 广州 ;先进能源科学与技术广东省实验室,广东 惠州 ;中国科学院 近代物理研究所,甘肃 兰州 )摘要:射频系统的数学模型包含了射频腔体的关键特征参数(如腔体半带宽、谐振频率和洛伦兹力失谐系数等),数学模型对腔体性能检测、控制系统

2、仿真及低电平控制算法优化具有重要意义.网络分析仪通常用于测量射频系统的散射参数,进而构建射频系统的数学模型,但其测量步骤繁琐且无法实现系统模型的在线自动辨识.本文通过模拟网络分析仪的工作原理,在数字低电平系统内部构建了基于数控振荡器的扫频算法,实现了射频腔体系统的在线辨识.该算法的有效性已在加速器驱动嬗变研究装置前端示范样机的超导腔上验证,其测量结果与网络分析仪测量结果吻合.此外,本文利用该辨识算法还成功测得了由洛伦兹力失谐引起的超导腔频率响应畸变曲线,并讨论了洛伦兹力失谐量的大小对腔体关键特征参数测量的影响.关键词:传递函数模型;射频腔体;低电平射频系统;在线辨识;幅频响应中图分类号:T L

3、 文献标志码:A文章编号:()收稿日期:;修回日期:基金项目:大型科学装置();中国科学院人才计划青年项目(E Y R);国家自然科学基金青年科学基金()通信作者:朱正龙,高郑d o i:/y z k y o u x i a n O n l i n e I d e n t i f i c a t i o nA l g o r i t h mf o rM a t h e m a t i c a lM o d e lo fR FC a v i t yS y s t e mB a s e do nF P G AWE IS h i h u i,MAJ i n y i n g,Z HUZ h e n g

4、 l o n g,GAOZ h e n g,XU EZ o n g h e n g,XUC h e n g y e,S H IL o n g b o,CHE NQ i,S UNL i e p e n g,HUANGG u i r o n g,WANGZ h i j u n,Z HANGS h a n c h a o,Q I UF e n g,(S c h o o l o fP h y s i c sa n dT e l e c o mm u n i c a t i o nE n g i n e e r i n g,S o u t hC h i n aN o r m a lU n i v e r

5、 s i t y,G u a n g z h o u ,C h i n a;A d v a n c e dE n e r g yS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yG u a n g d o n gL a b o r a t o r y,H u i z h o u ,C h i n a;I n s t i t u t e o fM o d e r nP h y s i c s,C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s,L a n z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:T h e

6、m a t h e m a t i c a lm o d e l o f a r a d i o f r e q u e n c y(R F)s y s t e mi n c o r p o r a t e s c r u c i a lc h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r so fa n R F c a v i t y,i n c l u d i n gt h ec a v i t y b a n d w i d t h,t h er e s o n a n t f r e q u e n c y,a n dL o r e n t z f

7、o r c ed e t u n i n g f a c t o r s,w h i c h i sv e r y i m p o r t a n t f o r t h ec a v i t yp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n,t h ec o n t r o ls y s t e ms i m u l a t i o n,a n dt h eo p t i m i z a t i o no fl o w l e v e l c o n t r o l a l g o r i t h m s An e t w o r ka n a l y z

8、e r i su s u a l l yu s e dt om e a s u r es c a t t e r i n gp a r a m e t e r sa n ds u b s e q u e n t l yc o n s t r u c tm a t h e m a t i c a lm o d e l so f aR Fs y s t e mH o w e v e r,t h em e a s u r e m e n t s t e p sa r e t e d i o u sa n df a i l t o i d e n t i f yt h es y s t e m m o

9、 d e lo n l i n e T h e r e f o r e,a na d v a n c e do n l i n e i d e n t i f i c a t i o na l g o r i t h mw a sd e s c r i b e d f o rR Fc a v i t ys y s t e m s i nt h i sp a p e r,w h i c hs i m u l a t e d t h eo p e r a t i o n a l p r i n c i p l e so f an e t w o r ka n a l y z e r T h i s

10、 a l g o r i t h m w a si n t e g r a t e dw i t h i nad i g i t a l l o w l e v e lR F(L L R F)s y s t e ma n dc o n s i s t e do fah i g h p r e c i s i o nn u m e r i c a l l yc o n t r o l l e do s c i l l a t o r,af r e q u e n c yc o n t r o lw o r dg e n e r a t o rm o d u l e,a na m p l i t

11、u d e p h a s e c a l c u l a t i o nm o d u l e,a n da s w e e p f r e q u e n c ya m p l i t u d e p h a s ep r o c e s s i n gm o d u l e W i t ht h ea s s i s t a n c eo ft h eM a t l a b/S i m u l i n kp l a t f o r m,w h i c hp r o v i d e sa n i d e a l e n v i r o n m e n t f o r s i m u l a

12、 t i o na n da n a l y s i s,t h ed e p l o y m e n t o f t h i s a l g o r i t h mw a su l t i m a t e l yr e a l i z e do nt h ef i e l d p r o g r a mm a b l eg a t ea r r a y(F P GA)c h i po f t h el o w l e v e l s y s t e m,a c c o m p l i s h i n gt h eo n l i n e i d e n t i f i c a t i o no

13、 fR Fs y s t e m s T h e n,t h es w e e p i n ga l g o r i t h mw a sv e r i f i e do nas u p e r c o n d u c t i n gc a v i t yo f t h eC h i n aA c c e l e r a t o rD r i v e nS y s t e mF r o n t e n dD e m oL i n a ca t t h eI n s t i t u t eo fM o d e r nP h y s i c s D u r i n gt h ev e r i f

14、i c a t i o np r o c e s s,t h eh a l f b a n d w i d t ho f a l l c a v i t i e s i nCM w a s a c c u r a t e l ym e a s u r e du s i n ga no n l i n e i d e n t i f i c a t i o na l g o r i t h m,a n dt h eh a l f b a n d w i d t ho fa l lc a v i t i e sc o r r e s p o n d i n gt oCM w a sa l s o

15、m e a s u r e du t i l i z i n gan e t w o r ka n a l y z e r T h er e s u l t so fh a l f b a n d w i d t hm e a s u r e db yt h e t w om e t h o d s a r e i ng o o da g r e e m e n t,s t r o n g l ys u p p o r t i n g t h ev a l i d i t yo ft h eo n l i n ei d e n t i f i c a t i o na l g o r i t

16、h mf o rc a v i t ys y s t e m m o d e l sp r o p o s e di nt h i sp a p e r F u r t h e r m o r e,w e s u c c e s s f u l l y m e a s u r e d t h e d i s t o r t i o n c u r v e o f c a v i t y f r e q u e n c yr e s p o n s ec a u s e db y L o r e n t zf o r c ed e t u n i n g F i n a l l y,t h ei

17、 n f l u e n c eo fL o r e n t zf o r c ed e t u n i n gv a r i a t i o no nt h em e a s u r e m e n t o f t h e c r i t i c a l c a v i t yp a r a m e t e r sw a sd i s c u s s e d i nt h i sp a p e r A st h eR Fp e a ke l e c t r i cf i e l di n c r e a s e s,t h er a d i a t i o np r e s s u r ew

18、 i t h i nt h ec a v i t yr i s e sp r o p o r t i o n a t e l y,l e a d i n gt oac o r r e s p o n d i n gi n c r e a s e i nL o r e n zf o r c ed e t u n i n g T h i sa r t i c l ed e m o n s t r a t e s t h a tw h e nt h eR Fp e a ke l e c t r i c f i e l do f t h ec a v i t yo p e r a t i n g i

19、s l e s s t h a n MV/m,L o r e n z f o r c ed e t u n i n gh a sar e l a t i v e l yl i m i t e di m p a c to nt h eb a n d w i d t hm e a s u r e m e n to ft h ec a v i t y C o n v e r s e l y,o n c et h ep e a ka c c e l e r a t i o ne l e c t r i cf i e l ds u r p a s s e s t h i s t h r e s h o

20、l d,L o r e n z f o r c ed e t u n i n ge x e r t s a nu n n e g l i g i b l e e f f e c t o n t h em e a s u r e m e n to f t h eh a l f b a n d w i d t ho f t h e c a v i t y T h e s p e c i f i cm e c h a n i s m s o f t h eL o r e n zf o r c ed e t u n i n gs i n f l u e n c eo nt h eh a l f b a

21、 n d w i d t ho f t h ec a v i t yw i l lb e f u r t h e rs t u d i e d i nf u t u r er e s e a r c hK e yw o r d s:t r a n s f e rf u n c t i o nm o d e l;r a d i of r e q u e n c yc a v i t y;l o w l e v e lr a d i of r e q u e n c ys y s t e m;o n l i n em o d e l i d e n t i f i c a t i o n;a m

22、p l i t u d e f r e q u e n c yr e s p o n s e为了研究超导前端直线加速器的关键技术,中国科学院近代物理研究所建造了加速器驱动嬗变研究装置(C i A D S)的前端示范样机(C A F e).C A F e是 工 作 在 连 续 波 模 式 下 MH z的超导射频设施,其用于证实 m A高功率连续波质子束在C i A D S项目上的可行性 .C A F e包括常温段和超导段两部分,常温段包括离子源(E C R)、低能传输线(L E B T)、射频 四 极 加 速 器 系 统(R F Q)和 中 能 传 输 线(M E B T),超导段由超导半波长谐

23、振腔(HWR)、高能传输线(H E B T)和束流收集器(D u m p)构成.其中,在个低温模组(CM CM)中安装了 个HWR.射频腔体系统的数学模型对于射频系统的测量、设计和优化至关重要.首先,射频腔体系统的数学模型包含了射频腔体的关键参数信息,如腔体半带宽是表征腔体第期魏诗惠等:基于F P GA的射频腔体系统数学模型在线辨识算法性能的物理量,洛伦兹力失谐系数与腔体机械性能相关,有载品质因数是判断腔体热失超的重要依据.其次,数学模型是分析和优化低电平控制环路的前提,如射频系统的增益裕度、相 位 裕 度 均 与 腔 体 的 数 学 模 型 相 关.数学模 型 也 是 设 计 先 进 控 制

24、 算 法 模 型 的 基础,如比例积分(P I)控制、迭代学习(I L C)控制、干扰观测(D O B)控制 、多输入 多输出(M I MO)控制 等.目前,通常采用网络分析仪测量射频系统的S参数获得射频腔体的传递函数.然而,这种测量方法需要关闭腔体,断开腔体与其他线缆的连接后,再接入网络分析仪进行测量.该方法每次只能测量个超导腔,效率较低,也无法实现超导腔运行过程中参数的在线自动化监测.因此,传统网络分析仪测量方法不仅操作繁琐,还限制了射频超导加速器的运行时间.本文通过建模仿真网络分析仪的工作原理,在低电平系统(L L R F)内部构建包含数控振荡器(N C O)、同相/正交调制(I/Q)等

25、算法的在线辨识算法,实现射频腔体传递函数的在线测量.此方法不仅可用于测量射频腔体系统基模的数学模型,也可用于测量其他模式系统,如多c e l l超导腔的寄生模式及机械模式和压电陶瓷的机械模式 等.C A F e射频系统C A F e射频系统主要由L L R F、固态功率放大器(S S A)和射频超导腔系统构成,包括上变频、下变频及定向耦合器等.其中,L L R F主要用于测量腔体信号的幅度、相位和频率 ,并通过信号处理算法来监测和控制射频场.C A F e的L L R F原理图示于图,L L R F首先将射频 超 导 腔 提 取 信 号(Pt)、腔 体 前 向 信 号(Pf)、腔体反向信号(P

26、r)等射频信号下变频为中频(I F)信号,I F信号通过 位模数转换器图C A F e的L L R F原理图F i g S c h e m a t i co fL L R Fi nC A F e原子能科学技术第 卷(A D C)以 MH z进行采样,并馈送到现场可编程门阵列(F P GA);I F信号经A/P计算模块获得幅度和相位信息,A/P计算模块集成了I/Q解调及C O R D I C算法模块;获得的幅度、相位信息与设置值进行比较,F P GA计算两者的误差并将误差信号送入P I控制器调节,进而重新构建I F信号.重构后的I F信号上变频至 MH z射频并驱动S S A,S S A输出功率

27、驱动射频腔体运行 .本文在此基础上加入频率控制字(F CW)发生模块、N C O、扫频幅相处理模块,用以实现射频系统数学模型的在线辨识.在C A F e射频系统中,射频腔体为L L R F的被控对象由射频功率源驱动.射频腔体通常可以等效为R L C并联谐振电路 (图),基本电路元件电容、电阻、电感在s域复阻抗分别为:s C、R及L s.R L C并联电路模型(Hc a v(s)用式()表示:Hc a v(s)CssR CsL CRQLssQLs()其中:为腔体的谐振频率;QL为射频腔体的有载品质因数.图R L C并联电路模型F i g P a r a l l e lR L Cc i r c u

28、 i tm o d e l由于QL ,因此式()可简化为:Hc a v(s)R ssR s()其中,为腔体的半带宽.式()为本文仿真中使用的腔体模型,仿真、测量中的超导腔为中国科学院近代物理研究所自主研发的半波长超导腔(HWR ).算法 N C O原理在线辨识算法的核心是N C O.N C O是一种全数字化的频率合成技术,其作为正交数字振荡器为在线辨识算法产生正弦、余弦的采样信号序列.N C O具有频率分辨率高、频率调节速度快、切换频率时相位保持连续以及控制幅度、相位和频率方便等优点,N C O集成了相位累加器和R OM查找表,其原理图如图所示,其中,s e t为用户设置的相位值.图中F CW

29、是L L R F根据上 位机下发的 参数通过式()计算得到的;s e t和F CW输入N C O的相位累加器中;相位累加器生成查找表的地址,输出信号为锯齿波形状的脉冲信号;R OM查找表中包含正弦和余弦两个查找表,查找表的输出即为N C O的输出信号(正弦和余弦序列).F CW ffc l o c kn()其中:f为扫频频率;fc l o c k为采样率,fc l o c k MH z;n为相位累加寄存器的位宽,n.图N C O的原理图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo fN C O 在线辨识算法在S i m u l a t i o n仿真中的实现在线辨

30、识算法的仿真结构图如图所示,其中扫频信号经N C O、放大器后直接激励射频腔体.腔体提取信号进入A/P计算模块和扫频幅相处理模块中进行处理,得到腔体的幅频响应和相频响应.另一路腔前信号则进入A/P计算模块得到Pf信号的幅度相位.在仿真过程中,采用仿真平台的斜坡信号生成器生成扫频信号,其扫频带宽为k H z,设置 s扫描k H z,初始频率为 k H z.N C O的位数设置值为 且采样时钟为 MH z,放大器的第期魏诗惠等:基于F P GA的射频腔体系统数学模型在线辨识算法放大倍数为.射频腔体的模型采用式(),腔体的谐振频率设置为 MH z,腔体半带宽为 H z,A/P计算模块中采样频率为MH

31、 z,仿真结果如图所示.图 a、b、c分别为射频腔体前向信号Pf、腔体提取信号Pt以及Pt与Pf信号归一化后的幅度相位图.可看出,所得到的幅频响应和相频响应均能反映出实际腔体的响应特性.腔体的幅频响应在谐振频率中心处呈现出幅度最大值,而相位则在该处穿越零点.图在线辨识算法的仿真结构图F i g S i m u l a t i o ns t r u c t u r ed i a g r a mo fo n l i n e i d e n t i f i c a t i o na l g o r i t h ma Pf;b Pt;c Pt/Pf图在线辨识算法的仿真结果F i g S i m u l

32、 a t i o nr e s u l to fo n l i n e i d e n t i f i c a t i o na l g o r i t h m为探究不同参数对仿真结果的影响,对不同带宽下腔体的幅频响应进行仿真.结果表明:当带宽增加时,腔体幅频响应的主峰变得更加平坦,同时相位响应的零点位置也会发生偏移,这是因为带宽的增加导致信号波形发生变化,从而影响了腔体的响应特性;其次仿真发现N C O位数的增大和采样时钟的减小可提高仿真的精度,但也会导致腔体频率扫描时间变长.在线辨识算法在F P G A中的实现在F P GA中实现在线辨识算法,需要集成频率控制字发生模块,N C O、A/P

33、计算模块和扫频幅相处理模块.图为F P GA中在线辨识算法的实现原理图.基于F P GA(Z YNQ ),根据上位机设定的参数(扫频宽度fs p a n为k H z,扫频中心频率f为 MH z),按照式()计算扫频起始频率fm i n和扫频截止频率fm a x.依据式()计算扫频步长fs t e p,其中扫频时长T根据实验需求设置.扫频从起始频率fm i n开始,每次按照扫频步长fs t e p逐次累加(式(),得到累加后的扫频频率f.若累加后的扫频频率f小于扫频截止频率,则继续扫频.反之,则开关与放大器断开,停止扫频.扫频过程中,经过放大器的f根据式()计算得到F CW,其中累加寄存器的位宽

34、为,fc l o c k为 MH z.生成的F CW输入到N C O模块,N C O模块输出的信号经放大后转换为模拟信号.fm i nf fs p a nfm a xf fs p a n()fs t e pfs p a nT()ffm i nfs t e p()原子能科学技术第 卷图F P G A中在线辨识算法的实现原理图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo fo n l i n e i d e n t i f i c a t i o na l g o r i t h mi nF P G AA/P计算模块用于计算射频腔体前向信号和提取信号的幅度和相位.该模

35、块首先对Pt和Pf信号进行I/Q解调,解调后得到同相和正交分量再经C O R D I C算法送入扫频幅相处理模块.在扫频幅相处理模块中,由于需要计算腔体的传递函数,所以需要将腔体的输出信号(Pt)除以腔体的输入信号(Pf).在线辨识算法验证 算法验证首先对C A F e装置中超导腔CM 的半带宽进行测量,测量时为了避免洛伦兹力失谐的影响,腔体峰值电场Ep e a k加载值较小,测量结果如图 a所示,利用式()、()分别拟合了腔体的 幅 频、相 频 响 应 曲 线.需 要 指 出 的 是:式()可由式()推导而来,超导腔在扫频过程中,由于腔场变化,可能会产生洛伦兹力失谐,因此,在式()的分母中考

36、虑了fL F D的影响.拟合图 a时,因Ep e a k较小(Ep e a k MV/m),故设置fL F DH z,依据拟合曲线得到CM 的半带宽为 H z.Ep e a kEp e a k,m a xf (ffo f f s e tfL F D)f ()fL F DKLEp e a k()f i ta r c t a n(ffo f f s e tfL F Df )()其中:Ep e a k,m a x为测量时腔体表面峰值电场的最大值;f 为腔体半带宽;f为信号源激励频率;fo f f s e t为腔体谐振频率与扫频频率中心值之间的频率偏移量;fL F D为洛伦兹力失谐量;KL为洛伦兹力失

37、谐系数;f i t为相频拟合公式.进一步提升C M 腔体的Ep e a k到 MV/m(约为 MV)时,超导腔不可避免地会受到洛伦兹力失谐的影响.因此,利用式()、()拟合腔体的幅频、相频响应曲线时,分别考虑了有洛伦兹力失谐和无洛伦兹力失谐两种情况,拟合曲线如图 b所示.图 b中F i t 拟合曲线未考虑洛伦兹力失谐,而F i t 拟合曲线则包含了洛伦兹力失谐.此次测量中,洛伦兹力失谐在 腔 体 表 面 峰 值 电 场 达 到 最 大 时 约 为H z.据F i t 和F i t 得到的腔体半带宽分别为 H z和 H z.利用在线辨识算法对CM 内的所有腔体分别测量了半带宽,测量结果列于表,为

38、了验证在线辨识算法的可靠性,使用网络分析仪分别测量了CM 内所有腔体的半带宽,并与前者的测量结果进行对比.网络分析仪测量装置示意图如图所示,测量结果如表所列.值得注意的是,利用网络分析仪测量时,为了保证测量精度,将Ep e a k,m a x降低到MV/m以避免洛伦兹力失谐的影响.由表可看出,两种方法测量的误差在H z以内,因此,本测量结果验证了在线辨识算法的可靠性.第期魏诗惠等:基于F P GA的射频腔体系统数学模型在线辨识算法a Ep e a kMV/m;b Ep e a k MV/m图C A F e中CM 的幅频、相频响应曲线F i g Am p l i t u d e f r e q

39、u e n c ya n dp h a s e f r e q u e n c yr e s p o n s ec u r v e so fCM i nC A F e表在线辨识算法与网络分析仪测量各超导腔半带宽的结果对比T a b l eC o m p a r i s o no fm e a s u r e m e n t r e s u l to fh a l f b a n d w i d t ho f e a c hs u p e r c o n d u c t i n gc a v i t yb yo n l i n e i d e n t i f i c a t i o na l g

40、 o r i t h ma n dn e t w o r ka n a l y z e r类型半带宽/H z在线识别算法网络分析仪CM CM CM CM CM CM 图网络分析仪测量装置示意图F i g S c h e m a t i co fm e a s u r i n gd e v i c eb yn e t w o r ka n a l y z e r 洛伦兹力失谐对测量结果的影响本文选取C A F e装置中其中个超导腔,对其半带宽进行测量.测量时,将腔体运行时的Ep e a k从 MV/m逐渐增加到、MV/m,并依次测量相应Ep e a k下该超导腔的幅相响应,结果如图所示.腔体运行

41、时随Ep e a k的增大,腔体内辐射压力也增大,相应地,洛伦兹力失谐随之增大.从图 a可看出:辐射压力使腔体的谐振曲线发生了明显的弯曲直至产生一个不稳定区域,Ep e a k越大腔体的谐振曲线弯曲越明显,不稳定区域也越大;洛伦兹力失谐导致腔体的谐振频率降低.利用式()()分别拟合了不同Ep e a k下腔体的幅相响应曲线,可看出,各条拟合曲线与其相应测量曲线基本吻合.同时,为了更准确地计算出该腔的洛伦兹力失谐系数,本文仿真了Ep e a k分别为 MV/m、MV/m及 MV/m时腔体的响应曲线(图 a).根据洛伦兹力引起的失谐量及Ep e a k,得到该腔的KL为 H z/(MVm).利用图

42、 a中的拟合曲线,分别计算Ep e a k在 MV/m时对应的腔体的半带宽,结果如图 b所示.从图 b可 看 出:当 腔 体 运 行Ep e a k小 于 MV/m时,不同Ep e a k下,计算得到的腔体半原子能科学技术第 卷带宽在 H z范围内,波动范围较小;当腔体运行Ep e a k超过 MV/m时,腔体半带宽明显增大,故腔体运行Ep e a k超过 MV/m时,洛伦兹力失谐对腔体半带宽的测量有明显的影响;当腔体运行在更高的Ep e a k时,动态洛伦兹a 畸变曲线;b 不同Ep e a k下的半带宽图洛伦兹力失谐引起的射频超导腔的频率响应畸变曲线(a)和不同Ep e a k下测量的超导

43、腔半带宽(b)F i g F r e q u e n c yr e s p o n s ed i s t o r t i o nc u r v eo fR Fs u p e r c o n d u c t i n gc a v i t yd u e t oL o r e n t z f o r c ed e t u n i n g(a)a n dc a v i t yh a l fb a n d w i d t hm e a s u r e da td i f f e r e n tEp e a k(b)力失谐将导致腔体内射频场发生振荡.图 为超导腔Ep e a k运行在 MV/m下的在线辨识

44、结果,可看出,腔场在 H z附近产生严重的振荡,引起L L R F发生连锁保护,导致测量无法继续.洛伦兹力失谐的大小对腔体半带宽的测量结果影响有两种可能:)畸变的洛伦兹曲线使得利用拟合公式拟合测量曲线困难,拟合结果不准确;)Ep e a k越大,腔壁受到的电磁辐射压力越大,导致腔体的形状发生改变,而腔体带宽的大小与其形状直接相关.图 超导腔运行在 MV/m下的在线辨识结果F i g O n l i n e i d e n t i f i c a t i o nr e s u l to f s u p e r c o n d u c t i n gc a v i t yo p e r a t i

45、 n ga t MV/m结论本文利用基于F P GA的射频腔体系统数学模型在线辨识算法测量了射频腔体系统的数学模型,相比于传统的低电平网分测量过程,在线辨识算法具有实时性强、灵活性强等优点.同时,本文的研究为射频系统的特征参数与运行稳定性的关联提供了重要的参考依据,讨论了洛伦兹力失谐量的大小对于射频腔体的半带宽测量的影响.该在线辨识算法也可以完全部署在数字L L R F内部,无需增加额外的硬件成本,其测量和验证可以完全在线进行,非常适合在高功率、高流强的射频超导加速器领域推广使用.参考文献:HE Y u a n O v e r v i e w a n dS R Fr e q u i r e m

46、 e n t so ft h eC i A D Sp r o j e c tCS l :s n ,HE Y u a n,T AN T e n g,WU A n d o n g,e ta l O p e r a t i o ne x p e r i e n c ea t C A F RAm e r i c a n:M i c h i g a nS t a t eU n i v e r s i t y,L I US h u h u i,WAN GZ h i j u n,J I A H u a n,e ta l P h y s i c sd e s i g no ft h e C i A D S M

47、 e V D EMOf a c i l i t yJN u c l e a rI n s t r u m e n t sa n d M e t h o d si nP h y s i c sR e s e a r c hA,:CHE NQ i,GA OZ h e n g,Z HUZ h e n g l o n g,e t a l M u l t i f r e q u e n c yp o i n ts u p p o r t e dL L R Ff r o n t e n df o rC i A D Sw i d e b a n d w i d t ha p p l i c a t i o

48、nJN u c l e a rS c i e n c ea n dT e c h n i q u e s,():Q I U F,M I CH I Z ON O S,M I UR A T,e ta l A p p l i c a t i o no fd i s t u r b a n c eo b s e r v e r b a s e dc o n t r o l第期魏诗惠等:基于F P GA的射频腔体系统数学模型在线辨识算法i nl o w l e v e l r a d i o f r e q u e n c ys y s t e mi nac o m p a c te n e r g y

49、r e c o v e r yl i n a ca tK E KJP h y s i c a lR e v i e w S p e c i a l T o p i c s A c c e l e r a t o r s a n d B e a m s,():K EMP F C,KO B AYA S H IS D i s t u r b a n c eo b s e r v e ra n df e e df o r w a r dd e s i g nf o rah i g h s p e e dd i r e c t d r i v ep o s i t i o n i n gt a b l

50、eJ I E E ET r a n s a c t i o n so n C o n t r o lS y s t e m s T e c h n o l o g y,():Q I UF e n g,M I CH I Z ON OS,MA T S UMO T OT,e ta l C o m b i n e dd i s t u r b a n c e o b s e r v e r b a s e dc o n t r o la n d i t e r a t i v el e a r n i n g c o n t r o l d e s i g n f o rp u l s e ds u

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