[發明專利]連續變能量輻照加速器的調節控制系統及其調控方法

無效

• 申請號: 201210554536.9
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN103019213A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 張力平;孫安;薛培培;劉克
• 申請（專利權）人: 江蘇安德信超導加速器科技有限公司;南京大學;長安大學;江蘇德佐電子科技有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種加速器的調節控制系統及其調控方法，特別是一種連續變能量輻照加速器的調節控制系統及其調控方法。

背景技術

目前，輻照加工技術已經滲透到社會發展的各行業之中，在人們日常生活和國家經貿發展中發揮著不可替代的作用。在輻照加工中，不同的輻照對象需要不同能量的電子束，在實際應用中，多用途的用戶迫切需要一種能夠提供輸出能量連續變化的輻照加速器。新型的連續變能量輻照加速器中的加速結構由相連的兩段組成：邊耦合腔低速加速腔段和邊耦合腔高速加速腔段，兩段之間無耦合。通過改變高速加速腔段的輸入功率大小來改變其加速梯度，從而達到改變能量增益的目的。為了使這種新加速結構能夠真正用到輸出能量連續可調的輻照加速器中，必須解決兩個加速腔段的輸入功率連續調節和控制問題。目前的輻照加速器領域都采用PLC控制器網完成對整個系統的監測和控制，其控制穩定可靠，但是復雜、經濟性差。

發明內容

發明目的：針對上述問題，本發明的目的是提供一種結構簡單的連續變能量輻照加速器的調節控制系統，解決加速結構其兩個加速腔段的輸入功率連續調節和控制問題，實現束流能量增益的連續變化；本發明的另一目的是提供這種調節控制系統的調控方法，保證控制系統的可靠性，實現準確、快速控制。

技術方案：一種連續變能量輻照加速器的調節控制系統，包括低電平控制器、外圍電路，所述外圍電路由功率放大器、環路器A、方向耦合器A、連續可調功分器A、高速加速腔段的連續可調功分器B及其相應的環路器B和方向耦合器B構成；功率源向加速結構供給功率，低速加速腔段和高速加速腔段各自的功率信號分別通過場探針輸送到所述低電平控制器調節后，經所述連續可調功分器A分配得到低速加速腔段的輸入功率和高速加速腔段的輸入功率，所述低速加速腔段的輸入功率控制低速加速腔，所述高速加速腔段的輸入功率再經所述連續可調功分器B分配后控制高速加速腔。

本發明調節控制系統的原理是對加速結構的邊耦合腔低速加速腔段和邊耦合腔高速加速腔段分配不同的輸入功率，再通過高速加速腔段的連續可調功分器，實現對高速加速腔段的輸入功率的控制，由于功分器的連續可調，使高速加速腔段的加速梯度連續變化，從而實現束流能量增益的連續變化。

上述一種調節控制系統的調控方法，信號源提供信號給低電平控制器作為幅值基準和相位基準信號，低電平控制器通過對幅值、相位和頻率的反饋控制，分別穩定兩個加速腔段上高頻信號的幅值、相位以及調節共振頻率，經調節使得每個加速腔段上的輸入功率與輸出功率分別相等。

所述低電平控制器采用數字化芯片，包括以下模塊：LO信號產生模塊、時鐘網絡模塊、上下變頻模塊、數字化及其處理模塊、通訊模塊、信號穩定度檢測模塊、功分器馬達驅動模塊、連鎖保護和電源模塊；信號流程為從信號源來的高頻信號作為時鐘和本振信號的參考輸入，產生分別用于上下變頻的本振信號和模擬量數字量轉換器、數字量模擬量轉換器的時鐘采樣信號，進入數字化芯片進行數字信號處理，恢復為中頻信號，然后再上變頻到高頻頻率，反饋入外圍電路的功率放大器中。

所述低電平控制器通過上位機進行操控，所述低電平控制器與所述上位機由網絡進行實時通訊，所述上位機采用Labview監控軟件。

由于頻率和水溫近似成正比關系，所述頻率的調節通過控制冷卻水的溫度來使得頻率匹配。

本發明調控方法的原理是采用基于矢量幅值、相位的高頻低電平控制技術調節功率大小，編寫集合了幅值反饋控制算法和相位反饋控制算法的場控制環路算法，采用數字化芯片作為中間控制器，通過給各信號提供相同的時鐘分頻和本振參考信號，再經過上、下變頻和模擬量數字量轉換器、數字量模擬量轉換器信號轉換，解決了系統中的場控制環路與功率調節環路的一致性問題，完成對系統的控制。

有益效果：與現有技術相比，本發明的優點是通過低電平控制器和外圍電路單獨控制加速結構每個加速腔段的加速梯度，該調節控制系統結構簡單，變能量調控引入幅值和相位分別控制的低電平控制器，模塊化、可硬件編程，實現準確、快速地控制，從而實現輻照加速器的連續變能量。

附圖說明

圖1為本發明調節控制系統的結構原理圖；

圖2為低電平控制器的數字化幅值、相位控制流程圖；

圖3為低電平控制器與上位機的通訊結構圖。

具體實施方式