以局部區(qū)域內(nèi)的離子數(shù)為探測(cè)信息的束暈-混沌控制模擬研究.pdf

1、本文綜述了強(qiáng)流離子束的基本動(dòng)力學(xué)方程及其基本動(dòng)力學(xué)特性，單離子運(yùn)動(dòng)方程,束暈-混沌形成的典型物理機(jī)制及其主要控制方法。考慮到傳統(tǒng)采用的準(zhǔn)直法不理想,而近幾年來在數(shù)值模擬中提出的控制方法又存在控制信息難以獲取或探測(cè)范圍過大的問題，所以有必要繼續(xù)探索新的控制信息，以解決束暈-混沌非線性控制的實(shí)現(xiàn)問題。為此，本文作了如下工作： 一、在系統(tǒng)參數(shù)固定的情況下，以局部區(qū)域內(nèi)的離子數(shù)作為控制信息代替匹配半徑外的離子數(shù)對(duì)對(duì)數(shù)函數(shù)控制器的控制變量

2、進(jìn)行改進(jìn)，然后在此基礎(chǔ)上用PIC程序進(jìn)行數(shù)值模擬研究，以觀察新的條件下的控制效果。之所以考慮縮小控制信息來源的區(qū)域，是由于自非線性控制策略提出以來，數(shù)值模擬研究中通常采用的控制變量一是離子束的某種半徑，如均方根半徑，這在實(shí)驗(yàn)上難以探測(cè)；另一是匹配半徑外所有的離子數(shù)，因其探測(cè)范圍過大，也不便于實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。而之所以采用對(duì)數(shù)函數(shù)控制器是由于已有的控制效果好的控制器如小波函數(shù)控制器和延遲反饋控制器等不適用于離子數(shù)類控制變量。對(duì)五種初始分布的離子束

3、的模擬結(jié)果表明：控制后除高斯分布的離子束的暈度未降至零外，其他分布的離子束的暈度都理想地降為零。而且各種分布的束的相對(duì)發(fā)射度、均方根半徑、最大半徑、橫向動(dòng)量平方和的平均值等都明顯下降。可見，改進(jìn)的對(duì)數(shù)函數(shù)控制法能夠有效地控制五種不同初始分布的離子束，尤其是對(duì)初始分布為K-V分布的離子束，控制效果更為理想。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)的對(duì)數(shù)函數(shù)控制法的控制效果并不亞于其它控制方法,又因?yàn)榭刂菩畔碜杂诰植繀^(qū)域，還遠(yuǎn)優(yōu)于其它控制法。 二、

4、改變系統(tǒng)參數(shù)，研究K-V分布的離子束在改進(jìn)的對(duì)數(shù)函數(shù)控制法下的束暈控制效果，以弄清參數(shù)的改變對(duì)新方法的控制效果的影響。進(jìn)行這一研究，主要是由于工作一的數(shù)值模擬是在參數(shù)固定的情況下進(jìn)行的，條件過于特殊，因而有必要進(jìn)一步研究系統(tǒng)參數(shù)改變的情況。這一部分具體研究了調(diào)諧衰減因子、真空相移和失匹配因子改變時(shí)對(duì)束暈控制效果的影響。模擬結(jié)果表明：（1）改進(jìn)的對(duì)數(shù)函數(shù)控制法與小波函數(shù)控制法等類似，都可以在一定的參數(shù)范圍內(nèi)取得較好的控制效果。對(duì)于改進(jìn)的對(duì)

5、數(shù)函數(shù)控制法，當(dāng)真空相移時(shí)，要得到較好的束流品質(zhì)，調(diào)諧衰減因子的取值應(yīng)大于0.3；當(dāng)調(diào)諧衰減因子時(shí)，隨著真空相移的增大，離子束的均方根半徑、最大半徑、橫向動(dòng)量平方和的平均值呈增大的趨勢(shì)。要得到較好的束流品質(zhì)，真空相移不僅可以按傳統(tǒng)習(xí)慣在小于900范圍內(nèi)取值，而且可以將取值范圍從900拓寬到1380；而失匹配因子在范圍內(nèi)取值，都能夠達(dá)到好的控制效果。（2）在某些情況下，改進(jìn)的對(duì)數(shù)函數(shù)控制法比小波函數(shù)控制法和原來的對(duì)數(shù)函數(shù)控制法有更利于應(yīng)用

6、的參數(shù)選擇范圍。如上面提到的調(diào)諧衰減因子時(shí)，真空相移的取值范圍拓寬到1380的情況，就明顯地優(yōu)于其它控制法。它對(duì)提高束流強(qiáng)度極為有利。小波函數(shù)控制法只允許在小于900和大于1250的范圍內(nèi)取值，而原來的對(duì)數(shù)函數(shù)控制法只允許在小于1100范圍內(nèi)取值 [67]。 本文的研究表明，以局部區(qū)域內(nèi)的離子數(shù)為控制信息的對(duì)數(shù)函數(shù)控制法在一定的參數(shù)范圍內(nèi)均能有效地控制束暈-混沌現(xiàn)象。在多數(shù)情況下，其控制效果并不亞于其它非線性控制法，而所需的控制