束暈控制中的參數(shù)影響、粒子跟蹤和自適應(yīng)控制研究.pdf

1、本文在綜述混沌控制和回顧束暈-混沌的形成機(jī)制、動力學(xué)方程及其特性以及混沌控制方法運用到束暈-混沌控制的基礎(chǔ)上，研究了強(qiáng)流加速器中調(diào)諧衰減因子和真空相移的改變對束暈-混沌控制的影響及束暈-混沌控制對粒子橫向運動的影響，并提出了一種新的控制方法——自適應(yīng)控制方法實現(xiàn)了對束暈-混沌的較好控制。在混沌控制綜述部分選取了與本論文相關(guān)的一些混沌控制反饋方法：OGY方法、時間延遲反饋法、自適應(yīng)控制方法等進(jìn)行了介紹。束暈-混沌的控制是新一代強(qiáng)流加速器研

2、制的關(guān)鍵問題，隨著強(qiáng)流離子束應(yīng)用前景的日趨廣闊而日益成為研究的熱點。中國原子能科學(xué)研究院方錦清研究員等人首先將混沌控制的理論和方法運用于束暈-混沌的控制上，提出了控制束暈-混沌的非線性控制策略解決了利用傳統(tǒng)機(jī)械限束器無法解決的束暈再生問題。在前人的基礎(chǔ)上，本文主要做了以下三方面的工作。首先，針對兩個重要的系統(tǒng)參數(shù)：調(diào)諧衰減因子及真空相移的改變對束暈-混沌控制產(chǎn)生的影響作了研究。以前的研究均是在取相同的和下進(jìn)行的，并未深入研究這些量發(fā)生改

3、變時會對束暈-混沌控制產(chǎn)生怎樣的影響。本文繼續(xù)應(yīng)用小波函數(shù)反饋控制器：，研究了束流初始分布為K-V分布時，調(diào)諧衰減因子及真空相移的改變對控制效果的影響。首先保持真空相移不變改變調(diào)諧衰減因子的大小，通過對控制后各個統(tǒng)計物理量的比較，發(fā)現(xiàn)在調(diào)諧衰減因子取0.4左右仍能實現(xiàn)對束暈-混沌較好的控制。然后研究了在不同調(diào)諧衰減因子下真空相移的改變對束暈-混沌控制的影響，得到了仍能進(jìn)行較好控制的最大真空相移的值，突破了以往不加控制時為避免非線性共振必

4、須設(shè)計，的限制。根據(jù)調(diào)諧衰減因子及真空相移與束流強(qiáng)度的關(guān)系：，可以計算得到加入控制后束流強(qiáng)度的最大值可設(shè)計為原來為避免非線性共振時的3.228倍。以上研究表明利用非線性函數(shù)控制束暈-混沌，不僅可以解決束暈再生問題，而且對傳輸系統(tǒng)中束流強(qiáng)度的進(jìn)一步增大設(shè)計具有積極的意義。另一方面，繼續(xù)利用延遲反饋控制器， 通過數(shù)值模擬研究了粒子在控制前后動力學(xué)行為的變化，發(fā)現(xiàn)粒子在控制后表現(xiàn)出了一些特有的規(guī)律：粒子<；WP=3>；橫向運動被限制在

5、一個環(huán)形區(qū)域里，其橫向振動方向并且在繞加速器通道軸心旋轉(zhuǎn)，經(jīng)控制后其旋轉(zhuǎn)一周的時間被控制在一定范圍內(nèi)變化。研究進(jìn)一步表明束暈-混沌是一個相當(dāng)復(fù)雜的運動過程，束暈的形成不僅與空間電荷的非線性效應(yīng)有關(guān)，而且與能量交換有關(guān)。在失匹配因子、真空相移較大的情況下，粒子的混沌運動加劇了橫向方向粒子的散射，不對束暈-混沌進(jìn)行控制將會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。模擬實驗進(jìn)一步表明利用常規(guī)的方法刮除束暈粒子后并不能抑制核內(nèi)的粒子繼續(xù)逃逸出來，所以仍會出現(xiàn)束暈再生現(xiàn)象

6、，因此利用外加控制器進(jìn)行束暈-混沌控制是從根本上消除束暈的有效方法。 最后，針對以前的控制器中存在的問題，本文根據(jù)經(jīng)典控制中的比例微分器提出了一種新的控制方法-自適應(yīng)控制方法實現(xiàn)了對束暈-混沌較好的控制，其形式為：。為避免尋找合適控制增益的問題，設(shè)計控制增益的變化滿足：。本文用該控制器對不同初始分布的束流進(jìn)行控制并取得了較好的控制效果，其中三種僅在1周期內(nèi)就可達(dá)到束暈-混沌的完全控制，而且調(diào)諧衰減因子從0.1變化到0.9時，該控制器仍能