论文部分内容阅读
辅助加热高压电源的控制系统决定了电源的输出特性。同时,面向仪器的外设扩展总线(PCI eXtensions for Instrumentation,PXI)技术具有集成度高、拓展性强、兼容性好等突出优点,广泛应用于聚变控制领域。本文基于PXI控制技术,结合JTEXT电子回旋共振加热系统(Electron cyclotron resonance heating,ECRH)新回旋管的负载要求完成对其阴极电源控制策略的优化设计,同时针对中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)负离子中性束注入(Negative-ion based Neutral Beam Injector,N-NBI)样机加速器电源的需求完成其控制系统的研制。J-TEXT ECRH阴极电源采用脉冲阶梯调制(Pulse Step Modulation,PSM)拓扑方案,原有控制系统无法满足全新回旋管对于超调和控制响应延时的要求。本文基于现有拓扑参数,对单个模块的动态特性进行建模分析,提出一种新的前馈控制策略以抑制上升沿超调;并重新设计底层控制器的控制逻辑以改善控制系统动态响应;经仿真和高压实验证明,优化后的控制系统可实现零超调输出与<5μs的控制响应延时。CFETR N-NBI加速器电源采用逆变型拓扑方案,国内对其控制技术的研究较为鲜见。本文广泛调研国外逆变电源控制方案,基于CFETR N-NBI样机加速器电源拓扑参数完成控制与采集硬件方案的研制;针对逆变型电源上升超调、输出纹波、直流分量抑制等关键问题完成综合控制策略的设计;针对加速极负载的运行特性,提出完整的运行与保护逻辑;并结合J-TEXT PSM电源优化经验基于LabVIEW完成程序设计。本文基于N-NBI样机200kV/25A加速器电源原型参数搭建Simulink仿真模型,并按照相同控制需求搭建5kV/3A原理样机,对所研制控制系统的控制策略、运行时序与保护逻辑进行验证。仿真与实验结果均表明,本文提出的控制策略满足加速极负载对于电源动态与稳态性能的要求,所设计的运行逻辑可以实现对电源μs级的可靠控制与保护响应。本文研究成果可为国内辅助加热电源控制系统的研制提供重要参考。