Modellgestützte Analyse digitaler Hochfrequenz-Regelsysteme für ein Schwerionen-Synchrotron
Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Verhaltens verschiedener Regelsysteme in einem Schwerionensynchrotron. Betrachtet werden Hochfrequenz-Regelsysteme, welche auf die zur Beschleunigung geladener Teilchen verwendeten elektrischen Felder einwirken, in Verbindung mit der Bewegung der...
Main Author: | |
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Format: | Others |
Language: | English de |
Published: |
2012
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Online Access: | https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3693/1/dissertation_spies.pdf Spies, Christopher <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Spies=3AChristopher=3A=3A.html> (2012): Modellgestützte Analyse digitaler Hochfrequenz-Regelsysteme für ein Schwerionen-Synchrotron.Darmstadt, Technische Universität, [Ph.D. Thesis] |
Summary: | Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Verhaltens verschiedener Regelsysteme in einem Schwerionensynchrotron.
Betrachtet werden Hochfrequenz-Regelsysteme, welche auf die zur Beschleunigung geladener Teilchen
verwendeten elektrischen Felder einwirken, in Verbindung mit der Bewegung der Teilchen in Längsrichtung
des Strahls. Die geforderte Präzision lässt sich bei den großen Abmessungen der Anlage nur durch ein verteiltes
Regelsystem erreichen. Da das zu regelnde System stark nichtlineares Verhalten aufweist und das Gesamtsystem
sehr komplex ist, ist eine rein analytische Betrachtung nicht möglich bzw. würde eine zu starke Vereinfachung
bedingen. Stattdessen erfolgt die Untersuchung des Systemverhaltens mittels numerischer Simulationen.
Diese Arbeit entstand aus einem Kooperationsprojekt zwischen dem Fachgebiet Mikroelektronische Systeme der
Technischen Universität Darmstadt und dem GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung. Bis zum Jahre 2016
soll dort ein neues Schwerionensynchrotron errichtet werden; die Bauarbeiten dafür haben inzwischen begonnen.
Ausgangspunkt der Arbeit war die Frage, ob ein existierendes Regelkonzept — nicht nur im idealen Fall, sondern
auch in der Anwesenheit von Störeinflüssen wie Parameterabweichungen, Rauschen usw. — praktisch umsetzbar
ist und wie das Konzept optimiert werden kann.
Diese Arbeit stellt ein Systemmodell eines Schwerionensynchrotrons vor, welches die Strahldynamik, die beteiligten
Beschleunigerkomponenten und die betrachteten Regler sowie die Kommunikation zwischen diesen umfasst,
geht auf Simulationstechniken und verschiedene Vereinfachungen ein, die eingesetzt wurden, um dieses Modell in
vertretbarer Zeit simulieren zu können, und weist nach, dass diese Vereinfachungen gerechtfertigt sind. Mit Hilfe
dieses Modells werden anschließend verschiedene Fallstudien durchgeführt, um die Umsetzbarkeit des Regelkonzepts
nachzuweisen, die Empfindlichkeit des Systems gegenüber Störeinflüssen zu überprüfen und den Spielraum
für zukünftige Erweiterungen auszuloten. Daraus ergeben sich einige konkrete Verbesserungsvorschläge. Mittels
eines Vergleichs zwischen Simulationen und Experimenten an einem existierenden Teilchenbeschleuniger wird
abschließend gezeigt, dass das Modell die physikalische Realität hinreichend genau abbildet. |
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