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本文在综述混沌控制和回顾束晕—混沌形成机制及其非线性控制的基础上,提出了应用延迟反馈控制束晕—混沌的方法。该法不仅控制效果显著,而且由于采用线性控制律,控制器形式简单,施加的反馈较小,因此该法非常有利于工程技术实现和降低控制代价,可为实用强流加速器的研制提供有价值的参考。 在综述混沌控制部分,选取了OGY方法、外力反馈法、延迟反馈法、正比于系统变量的脉冲反馈法、自适应控制方法等一些有代表性的控制方法进行了阐述。 束晕—混沌的控制是新一代强流加速器研制的关键问题,随着强流离子束应用前景的日趋广阔而日益成为研究的热点。传统机械限束器因无法解决束晕的再生而收效甚微,因为束晕的形成有着其内在动力学机制—非线性共振以及混沌等。基于此,中国原子能科学院研究员方锦清将混沌控制的理论和方法开创性的运用于束晕—混沌的控制上,提出了控制束晕—混沌的非线性控制策略,即在粒子径向所受束自生场力方程的右边加上非线性控制函数G: 并选取一些非线性函数如等进行了控制的模拟研究,将束晕强度控制在0.1078左右,取得了初步的控制效果。 文献[72]在选取更有效的非线性函数上作了进一步的探索并且取得了进展。该文选取小波函数构造控制器将束晕强度控制到零,达到较好的控制结果。 但从实用角度来看,一些简单的非线性函数如的控制效果距实际应用的最低限制仍有一定差距;小波函数法虽可取得较好的控制效果,但控制器形式复杂,控制参数有两个,在工程实现上有一定难度。本文在保证控制效果的前提下,致力于寻求更为简单易行的控制方法。经过大量的理论分析和模拟研究,提出了应用延迟反馈控制束晕—混沌的方法。 本文对延迟反馈法运用于束晕混沌作了简单的理论分析。经分析,确定了延迟反馈控制器的延迟参数为S(一个聚焦磁场通道周期);而后,计算了系统的最大李雅普诺夫指数。结果表明,系统在延迟反馈控制下最大李雅普诺夫指数由正值转为负值, 说明受控系统是稳定的,混浊得到了有效地抑制。在此基础上,选择a为控制变量, 构造延迟反馈控制器G: G(S=glrrms(-S)一 rms(S)(2) 同(l)式一致,将此控制器函数加在粒子径向所受束自生场力方程的右边。利 用多粒子数值模拟程序(PIC)进行了控制试验。模拟结果表明,用同一个控制器和 同一个控制参数即可实现五种不同初始分布情况下的束运一混饨的有效控制。对K一 V分布、水袋分布、抛物分布均能达到束晕强度为零的理想控制效果,对3—sigma 分布、全高斯分布的控制结果也基本能满足强流加速器中 10‘数量级的实际最低限 制。同时研究中还发现,较小的反馈即可实现束流的稳定。 由此可见,该法可达到小波函数法相同的控制效果,而控制器采用线性控制律, 仅有一个调节参数,形式简单,施加的反馈较小,因而应用前景较好。 对该法以多周期间隔形式控制也作了探讨。运用混饨控制理论,分析了两种多周 期间隔控制形式并以K—V分布为例进行模拟试验。分析和实验结果均表明,先连续 控制而后再间隔控制能够保证较好的控制效果和较低的控制代价。比如,对于K—V 束,一开始连续控制50个周期然后再每间隔200周期的情况下仍可将束晕强度控制 为零,较大的突破了文献[71」间隔周期为 16的上限。从而可将控制代价大幅度降三 低。