上海光源光束线站同步控制技术的研究

论文摘要

上海光源同步辐射实验技术要求实现多个物理量、多个维度的实时控制和数据采集,其关键技术在于光束线站设备与探测器在飞行（on the fly）扫描下的实时同步控制与采集。目前应用的飞行扫描技术采用光束线上通用的MAXv-8000控制器实现,由于此控制器不具备同步触发功能,因此采用从MAXv-8000引出控制脉冲信号并借助计数器计算步进电机位置的方法来实现飞行扫描,系统结构比较复杂,并且在电机发生丢步情况下控制脉冲信号计数并不能准确反映电机位置。因此,需要研究新的同步控制技术,既能实现多维运动控制,又具备同步触发功能,并且同步精度要求达到微秒量级。本论文在充分调研国内外先进同步辐射光源光束线站控制系统的基础上,选择应用美国Delta Tau Data System公司的Power UMAC（Universal Motion and Automation Controller）控制器实现飞行扫描下的运动控制与数据采集系统,论文主要完成了以下几项内容:建立了以UMAC控制器为核心的硬件系统,应用控制器扩展板卡ACC-24E2S控制步进电机运动,通过位置捕捉和比较功能,在电机运动到预先设定的位置时输出硬件同步信号,以触发并采集光电二极管数据;设计了运动控制系统软件架构,以UMAC控制器配套的编程语言Power PMAC Script配置硬件参数和开发运动程序,实现步进电机运动控制和同步信号输出;在EPICS（Experimental Physics and Industrial System）平台下应用电流计采集光电二极管读数,并实现了步进电机扫描过程中与数据采集系统的精确同步。在上海光源X光学测试线站进行了在线测试,测试结果表明,测量得到的出射光摇摆曲线的半高宽（Full Width at Half Maximum,FWHM）与步进（step by step）扫描测试结果相比,RMS值为0.218,误差约为0.17%。同时测试了电机不同运动速度对测试结果的影响,测试误差仍在可接受范围内。飞行扫描同步精度达到亚微秒级,满足先进实验方法的要求。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景
•     1.1.1 上海光源光束线站
•     1.1.2 光束线站运动控制系统
•   1.2 光束线站同步技术
•     1.2.1 步进扫描技术介绍
•     1.2.2 飞行扫描技术介绍
•     1.2.3 飞行扫描技术在国内外的应用
•   1.3 课题研究内容
•   1.4 课题研究意义
• 第2章 同步控制系统硬件结构
•   2.1 系统总体硬件结构
•   2.2 运动控制系统
•     2.2.1 上位机
•     2.2.2 Power UMAC控制器
•     2.2.3 ACC-24E2S扩展板卡
•     2.2.4 步进电机驱动器
•   2.3 数据采集系统
•     2.3.1 光电二极管与电流计
•     2.3.2 输入/输出控制器以及操作员接口
• 第3章 同步控制系统软件设计
•   3.1 集成开发环境
•     3.1.1 项目与资源管理窗口
•     3.1.2 位置与速度窗口
•     3.1.3 监视窗口
•     3.1.4 终端交互窗口
•   3.2 控制器硬件参数配置
•     3.2.1 控制模式选择
•     3.2.2 运动速度配置
•     3.2.3 运动方向配置
•     3.2.4 脉冲宽度配置
•   3.3 步进电机控制
•     3.3.1 Jog指令
•     3.3.2 运动程序
•     3.3.3 电机状态监视
•     3.3.4 三种单位及变换关系
•   3.4 同步位置比较功能
•     3.4.1 位置比较功能原理
•     3.4.2 实现同步信号输出的流程
•   3.5 数据采集系统
• 第4章 上海光源光束线站在线测试
•   4.1 单色器能量分辨率测试原理
•     4.1.1 系统结构
•     4.1.2 测试流程
•   4.2 测试结果
• 第5章 总结及展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王威

导师: 王劼

关键词: 位置比较,飞行扫描同步

来源: 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,自动化技术

单位: 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)

分类号: TP273;O434.1

总页数: 68

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