[發(fā)明專利]一種中性束離子源時序控制系統(tǒng)及控制方法

有效

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• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113051857B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周建;余珮炫;任磊磊;魏會領(lǐng);萬銀祥
• 申請（專利權(quán)）人: 核工業(yè)西南物理研究院
• 主分類號: G06F30/34
• 分類號: G06F30/34
• 代理公司: 成都行之專利代理有限公司 51220
• 代理人: 林菲菲

本發(fā)明公開了一種中性束離子源時序控制系統(tǒng)及控制方法，涉及核聚變技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有時序控制系統(tǒng)中的脈沖調(diào)制功能單一、時間精度低、脈沖同步性差的問題，其技術(shù)方案要點(diǎn)是：包括參數(shù)設(shè)置模塊、時序控制模塊、故障保護(hù)模塊、控制電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了時序控制器通道自由增減、參數(shù)可調(diào)、時序邏輯關(guān)系可自動配置，并采用網(wǎng)頁進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，通過FPGA可編程控制器完成了離子源平臺時序控制脈沖器的設(shè)計，保證了控制精度和邏輯的統(tǒng)一性要求，同時系統(tǒng)具備抗干擾、可靠性高和自動化程度高等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于離子源現(xiàn)場。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核聚變技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，它涉及一種中性束離子源時序控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

在托克馬克磁約束核聚變實(shí)驗中，由于歐姆加熱的局限性要進(jìn)一步提高等離子體的溫度,需采用中性束注入加熱、波加熱等輔助加熱手段，其中中性束注入是目前加熱效率最高、物理機(jī)制最清楚的加熱手段，在托克馬克磁約束核聚變裝置中得到了廣泛的應(yīng)用，中性束熱陰極離子源測試平臺是離子源研制的基本系統(tǒng)，其功能是開展不同尺寸和不同設(shè)計指標(biāo)的大功率離子源的弧放電實(shí)驗調(diào)試、高壓電極鍛煉和束流引出調(diào)試，從實(shí)驗上完成離子源的定型過程。目前中性束的工作模式大都采用脈沖調(diào)制方式進(jìn)行工作，因此需要設(shè)計完成滿足控制需要的時序系統(tǒng)。

目前，中性束離子源時序系統(tǒng)主要采用實(shí)時操作系統(tǒng)驅(qū)動數(shù)字卡或采用PLC加毫秒箱及微秒箱組成的時序控制系統(tǒng)，采用此種方式構(gòu)架的離子源控制時序系統(tǒng)都存在一些缺點(diǎn)：(1)采用實(shí)時系統(tǒng)驅(qū)動數(shù)字采集卡的時鐘系統(tǒng)由于操作系統(tǒng)的并行線程不能保證完全的統(tǒng)一造成系統(tǒng)輸出的控制脈沖出現(xiàn)相位延遲；(2)采用PLC、微妙箱、毫秒箱構(gòu)成的時序控制系統(tǒng)由于PLC本身信號只有毫秒量級影響了系統(tǒng)的整體控制精度；(3)此外目前大多數(shù)中性束控制系統(tǒng)都只具備主動脈沖調(diào)制方式，所以一旦有離子源電極出現(xiàn)擊穿的情況出現(xiàn)將導(dǎo)致整個離子源放電實(shí)驗的終止。

因此，研究設(shè)計一種能在出現(xiàn)離子源電極出現(xiàn)擊穿時進(jìn)行自動處理故障，并同時具有良好的控制脈沖精度和正確的邏輯運(yùn)行方法的離子源時序脈沖控制系統(tǒng)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有時序控制系統(tǒng)中的脈沖調(diào)制功能單一、時間精度低、脈沖同步性差的問題，本發(fā)明的目的是提供一種中性束離子源時序控制系統(tǒng)設(shè)計以及控制方法的說明。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

第一方面，提供了一種中性束離子源時序控制系統(tǒng)，包括參數(shù)設(shè)置模塊、時序控制模塊、故障保護(hù)模塊、控制電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；

參數(shù)設(shè)置模塊，用于對時序控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并將設(shè)置結(jié)果通過FTP文件傳輸至?xí)r序控制模塊；

時序控制模塊，用于根據(jù)時序控制參數(shù)設(shè)置結(jié)果產(chǎn)生控制離子源平臺內(nèi)相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的時序控制脈沖，并根據(jù)故障保護(hù)模塊輸出的故障反饋信號輸出保護(hù)控制信號；

控制電源模塊，用于根據(jù)接收到的時序控制脈沖啟動后向離子源平臺內(nèi)相應(yīng)的相關(guān)設(shè)備供電，并根據(jù)接收到的保護(hù)控制信號進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動作；

故障保護(hù)模塊，用于實(shí)時監(jiān)測離子源平臺內(nèi)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況，并根據(jù)監(jiān)測到的故障信號向時序控制模塊實(shí)時發(fā)出故障反饋信號；

數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集與記錄放電期間內(nèi)離子源平臺的工作參數(shù)、離子源束流的引出參數(shù)，并對離子源平臺的工作參數(shù)、離子源束流的引出參數(shù)進(jìn)行顯示。

進(jìn)一步的，所述時序控制參數(shù)包括脈沖通道、脈沖個數(shù)、脈沖啟動條件以及脈沖間的邏輯關(guān)系。

進(jìn)一步的，所述時序控制模塊控制生成脈沖的上升和下降時間精度小于50ns，時序控制模塊處理故障反饋信號的處理時間小于1ms。

進(jìn)一步的，所述時序控制模塊的脈沖控制具體為：

以FPGA為核心，并采用并行處理、邏輯跳轉(zhuǎn)、狀態(tài)保護(hù)和線程互鎖的方式進(jìn)行時序控制脈沖器的設(shè)計；