一种用于磁共振波谱仪的主动匀场电源设计

高均匀度磁场是磁共振波谱仪获得高质量谱图以进行化学结构解析和动力学信息获取的重要保证,需要利用高性能匀场电源驱动匀场线圈产生补偿电磁场保证磁场均匀度.高精度、高稳定性匀场电源是提升磁共振波谱仪主动匀场性能、保持匀场效果的关键部件.本文针对磁共振波谱仪多通道主动匀场需求,开发设计了一款高精度、高稳定、多通道主动匀场电源系统.基于负反馈控制,设计带有输出状态监控的匀场电流驱动器(恒流源),搭配MCU控制平台和上位机软件完成软硬件之间控制指令和数据的闭环传输设计,实现数字化恒流输出控制.在R=2.84Ω,L=25.5µH匀场线圈负载下,满量程输出响应时间小于18.9µs,输出纹波峰峰值控制在30 mV,正负电流输出对称性良好,长时间工作最大输出偏差是4.8‰.该电源在采用0.5 T-Halbach构型磁体的磁共振波谱系统中完成匀场实验,驱动一阶匀场线圈完成24.48 ppm(10^(-6))到2.72 ppm的磁场均匀度优化.此工作有助于紧凑型磁共振波谱仪系统集成及主动匀场技术相关应用的开展.

基于HBase的极向场电源系统异构数据存储设计

极向场电源系统是全超导托卡马克核聚变实验(EAST)装置的重要组成部分。EAST装置的运行和电源系统的日常运行与维护不仅产生海量结构化时序数据,还生成文档、表格、音频和视频等非结构化数据文件。传统的关系型数据库和聚变领域MDSplus数据库不能满足异构数据的统一存储管理。搭建分布式集群,选取分布式数据库HBase,提出基于时间序列的行键设计来实现数据均衡分布和并行访问节点提高读取效率,提出基于降序最佳适应算法的文件合并策略设计来实现小文件的高效合并,充分利用数据块存储空间。实验结果表明,该种异构数据存储设计方案满足了存储需求。

TT-1托卡马克装置垂直场电源大功率脉冲电感的研制

为满足等离子体放电需求,垂直场电源需串联脉冲电感来改变输出电流参数。针对TT-1装置垂直场电源对输出电流的要求,对脉冲电感进行了设计与研制。根据电感的运行工况及参数,通过感应系数法和累积温升法进行详细的数学分析和结构设计。基于理论设计,建立Ansys仿真模型对电感进行了磁场及温升的研究。最后完成电感的研制,根据电桥测量和实验波形,实际电感参数与理论分析高度吻合,并对电感进行大电流条件下的疲劳实验和温升实验,验证理论设计的可靠性。

实验物理和工业控制系统在极向场电源控制系统中的应用

介绍了实验物理和工业控制系统(EPICS)的总体结构和特点,以及极向场电源控制系统监控网络的结构和特点,特别是EPICS设备支持在极向场电源控制系统的监控网络中的开发和应用。系统实现了实时监控极向场电源系统的现场设备和开关分合控制,实现了对极向场电源控制系统的电源控制单元的配置参数设置、控制模式的设置、时序控制等,并能及时报警、定位故障点。该系统监控的数字量及模拟量信号近2000路,且支持多用户操作,具备良好的跨平台移植性和扩展能力。经实验测试,该应用运行稳定,能满足极向场电源控制系统监控网络的需求。

反射内存网在EAST极向场电源控制系统中的实现

核聚变装置EAST对极向场电源控制实时性要求特别高,必须在一个控制周期(1 ms)内完成对12套电源设备的通信、反馈控制、采集、测量等闭环控制环节的操作。介绍反射内存网的工作原理,选用VMIPCI-5565反射内存卡和VMIACC-5595网络集线器搭建了由10个节点构成的反射内存实时网络,并在QNX6.30实时操作系统下测试了反射内存网的实时性、延迟确定性和可靠性。EAST实验结果表明该网络完全满足极向场电源控制系统的实时要求。

HT-7U装置极向场电源变流系统的研制

介绍了HT 7U极向场电源中所使用的变流系统,提出了一种新的四象限运行控制方法,解决了极向场电源设计和制造的难点。实现了15kA的有环流运行。

EAST极向场电源控制系统EMC屏蔽设计与应用

屏蔽是指对两个空间区域间进行金属隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。介绍了极向场电源系统在超导托卡马克(EAST)装置中的工作情况和工作环境的特殊性,电源系统运行中遇到的各种干扰问题,结合电磁兼容(EMC)理论,充分考虑屏蔽设计在控制系统中的重要性,对设备的干扰源进行近场和远场的定性分析,根据场源性质采取相对应的屏蔽措施。并结合EMC理论中的接地和滤波器设计,将各种干扰幅度降至最低。

基于QNX的EAST极向场电源现场层实时控制的设计与实现

为实现对核聚变装置EAST极向场12套电源的现场层的实时控制,构建了基于QNX平台的电源分布式现场层控制系统,利用以太网现场总线控制器实现对极向场电源状态的实时控制,并通过Modbus/UDP协议实现和上位机的数据的实时通信,实时控制周期可达4ms。

EAST极向场电源电流检测系统中新型积分器的设计

超导托卡马克聚变实验装置(EAST)极向场电源为极向场超导线圈供电,实现各种不同要求的等离子体位形和不同运行模式下等离子体的产生、加热、平衡以及控制。为了检测极向场电源系统中变流器的电流,本文设计了由具有低漂移特性的新型积分器和具有电磁感应功能的罗柯线圈组成的电流检测系统,可获取与检测电流成正比的电压信号,用于计算极向场电源系统参数并诊断故障。作为电流检测系统的核心部分,新型积分器具有低误差、低漂移、高信噪比、输入输出电气隔离等优点。目前已成功设计安装100路积分器,可在极向场电源系统中同时检测多个测试点的电流。

闭环霍尔传感器在极向场电源系统中的应用

介绍闭环霍尔电流和电压传感器的基本工作原理。具体给出了它们的主要性能参数及其在极向场电源系统中的应用。

HL-2A装置环向场电源系统的EMTP仿真

根据对 HL-2A 装置环向场的供电要求,采用电磁暂态仿真程序(EMTP)对该供电系统进行模拟,实现了利用发电机组励磁调节方式来完成环向场电流波形调节的模拟,仿真结果基本满足供电要求。

EAST极向场电源现场总线多任务实时调度的研究

以太网现场总线广泛应用于工业控制系统中,但以太网CSMA/CD介质访问控制机制使其难以适应高实时性控制过程。针对实时性要求极高的EAST极向场电源控制系统,分析了现场总线网络中存在的实时性问题,设计了一种多任务实时调度策略。采用新的调度策略优化网络后,硬实时任务可以确保在截止期前完成。实验结果表明,网络满足了电源控制系统的高实时性要求。

用于铁磁共振的扫场电源

叙述了一种新型的适于用记录仪记录输出信号的铁磁共振扫场电源 ,其结构简单 ,调试容易 ,复用性好 .在电压 0～ 150 V,最大电流 0 . 5A,周期 5. 5s,负载阻抗 33Ω时 ,线性优于 95% .同时还可用作其它实验中要求的长周期。

HT 7U 超导托卡马克极向场电源系统多变量解耦控制分析

在对ＨＴ７Ｕ超导托卡马克极向场电源系统分析中，把等离子体看作是一种理想的电感线圈，根据电磁互感原理建立超导托卡马克极向场电源系统关于等离子体电流的控制数学模型，再利用状态反馈和输入变换对等离子体电流进行解耦控制。

EAST极向场电源的无功功率分析

为了根据现有数据求取先进的超导托克马克实验装置(Experimental Advanced Superconductive Tokamak,简称EAST)运行在设计值时所产生的无功功率,为EAST无功补偿与滤波系统提供设计依据。此处研究了极向场(Poloidal Field,简称PF)的结构和运行方式,晶闸管整流电路带大电感负载时的特性,定量分析了10 kV母线处的无功电流大小,并根据直流侧实际电流波形绘制除了母线处无功功率随时间的变化曲线,与实测数据相比,两者差距不大。最后用相同的方法绘制了EAST运行在设计值时的无功电流。

基于FPGA的NMR谱仪室温匀场电源核心控制系统的设计

论述了基于FPGA的室温匀场电源控制系统.该系统从6个子模块描述系统的构成,采用SPI的通讯方式,由FPGA控制译码横向与径向的D/A通道,从而间接控制匀场恒流源的电流输出.该设计采用VHDL设计语言,硬件采用Altera Cyclone Ⅱ FPGA芯片,相比于现有控制系统,本设计大大提高了每组（14~40路）匀场电流数据传输与控制速度,同时降低了电路的复杂程度,并且具有功能可扩展性.最后给出了相应的测试过程以及测试数据验证本设计的可行性以及稳定性.

MDSplus在EAST极向场电源数据管理系统中的应用

极向场电源控制系统是EAST装置重要子系统,为了对极向场电源中的数据进行统一管理,设计了基于M D Splus的数据管理系统。该数据管理系统利用M D Splus数据库管理脉冲数据,实现对极向场电源数据备份的同时,也提高了数据系统的安全性。用M D Splus自带的软件D w Scope来查看数据,实现了数据访问的多样性。实验表明,该数据管理系统是可以稳定、可靠运行的。

EAST极向场电源的数据存储及读取方法

EAST(Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)装置的等离子体放电持续时间设计值为1000s,目前放电长度已超过100s。极向场电源(PF)是EAST的核心系统,有接近200路信号需要进行数据存储,每一次放电的数据量非常大,普通的数据库不能够满足长脉冲数据存储的要求。本文使用HDF5(Hierarchical Data Format)存储长脉冲数据,HDF5是可以存储不同类型的图像和数码数据的文件格式。本文采用HDF5的C接口,设计复合数据类型的数据集,为了实现实时存储与实时读取,将一次放电时间进行分割,并对数据进行分块存储和读取。通过可视化工具Hdfview查看数据集,以及Qt读取HDF5文件并进行波形显示,证明复合数据类型和分块数据集的正确性,以及分块写入与分块读取的可行性,同时对读写时间进行简单的测试,证明分块写入与分块读取方式具有高效性。

基于EtherCAT的ITER极向场电源现场层监控系统设计

根据ITER大功率极向场电源高实时性与高可靠性控制的需求,选取了具有高实时通讯性能的工业以太网现场总线EtherCAT(以太网控制自动化技术)设计ITER极向场电源现场层监控系统。依据ITER极向场电源装置体积大、分布较为分散的特点,为保障高可靠性的数据传输,对比了可构成的两种EtherCAT环网冗余拓扑的可靠性,选取从站单元中最末端从站是将E-BUS转换为100BASE-TX/FX的拓展模块的可靠性较高的环网冗余拓扑来设计极向场电源现场层监控系统的拓扑结构。使用了组态软件TwinCAT(基于Windows的控制和自动化技术)对系统进行配置,同时绘制了具有可直观显示并控制现场信号等功能的HMI界面。经测试,该系统可实现对现场层数百路模拟与数字量信号的实时监控,满足了ITER极向场电源的高实时性与可靠性的控制需求。

EAST极向场电源本地控制器软件设计与实现

本地控制器是EAST(experimental advanced super-conducting tokamak)极向场电源控制系统重要的子系统,实现对12套电源系统的实时控制,设备状态监控以及系统保护;本地控制器采用主从结构的实时控制软件架构,共享内存实现内部数据传输,脉冲式消息传递触发进程执行;通过现场总线、硬件板卡、反射内存网络等与现场设备和主控制器进行数据传输;通过数字移相板卡实现对整流器的环流、四象限等运行控制。经实验测试,该设计运行稳定,能满足极向场电源控制系统对本地控制器的实时性可靠性的需求。