束暈控制中的參數(shù)影響、粒子跟蹤和自適應控制研究.pdf

1、本文在綜述混沌控制和回顧束暈-混沌的形成機制、動力學方程及其特性以及混沌控制方法運用到束暈-混沌控制的基礎上，研究了強流加速器中調(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的一些混沌控制反饋方法：OGY方法、時間延遲反饋法、自適應控制方法等進行了介紹。束暈-混沌的控制是新一代強流加速器研

2、制的關鍵問題，隨著強流離子束應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)機械限束器無法解決的束暈再生問題。在前人的基礎上，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、須設計，的限制。根據(jù)調(diào)諧衰減因子及真空相移與束流強度的關系：，可以計算得到加入控制后束流強度的最大值可設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)中束流強度的進一步增大設計具有積極的意義。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，經(jīng)控制后其旋轉一周的時間被控制在一定范圍內(nèi)變化。研究進一步表明束暈-混沌是一個相當復雜的運動過程，束暈的形成不僅與空間電荷的非線性效應有關，而且與能量交換有關。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-混沌進行控制將會導致嚴重的后果。模擬實驗進一步表明利用常規(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