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BEPCⅡ储存环和输运线中约有460台磁铁电源,其远程控制部件都是采用美国进口的控制器PSC及其接口PSI。由于进口部件成本高,并且关键技术掌握在外国公司手中,给电源控制系统的维护带来了许多不便。虽然控制组已经成功研制了国产化的PSC/PSI,并已经应用于BEPCⅡ的电源控制系统中,但是由于一些旧型号的芯片已停产,不得不采用新型号芯片,这就涉及到PSC/PSI中FPGA源码的重新设计。另外,PSC/PSI没有预置波形功能,setpoint传输速率只有10KHz,在线硬件存在bug问题,因此重新设计和研发一套新的电源控制器及其接口是十分有必要的。本课题的研究具有重要的现实意义和应用价值。
加速器磁铁电源控制系统,是加速器控制系统的重要组成部分,各国实验室都在积极探索研究改进电源控制技术。目前,美国BNL实验室已将PSC/PSI更新换代为改进型的电源控制器及接口V233/PSI-Ⅱ,应用于RHIC在线电源控制系统中。本课题密切跟踪国际加速器电源控制技术前沿,开展了对具有高传输率、可预置波形的电源控制器的研究,这在国内加速器控制领域尚属首次,通过自行研发新型电源控制器及其接口,为BEPCⅡ磁铁电源控制的升级改造做技术储备。
作者自行设计和开发了基于VME总线的新型电源控制器PSCF及其接口PSI-Ⅱ,并搭建了测试系统对其功能进行测试验证。研发过程中,作者先对电源控制接口PSI-Ⅱ进行了电路设计,通过对板卡上的FPGA编程实现其功能,并制作了PCB板,在实验室和BEPCⅡ现场都进行了性能测试。同时,开发定义了PSCF与PSI-Ⅱ之间的通信协议,在FPGA中编程实现了分配管理PSCF板上资源、双buffer预置波形、与PSI-Ⅱ的数据交换等功能,并完成了PCB板的制作。硬件设计完成后,以PC机为上位机,PowerPC MVME5100为CPU板卡搭建了测试系统,利用Tornado建立了交叉编译器,将开发程序下载到目标机上运行,以检验PSCF的功能设计。测试中,PSCF/PSI-Ⅱ成功实现发送命令,下载预置波形,并回采电流大小和电源状态。随着该新型电源控制器及其接口研制的初步成功,经过进一步开发和验证,其不仅可以作为BEPCⅡ电源控制升级改造的技术储备,也能在今后应用到其他新的加速器电源控制系统中。