十二五国家重大科技基础设施“强流重离子加速器（HIAF）”的注入器i Linac是高功率超导直线加速器,其在超导加速段对束流损失控制的要求非常严格。因此,HIAF需要在i Linac的常温前端加速器提前进行束流品质控制,以满足超导段无束损加速的需求。i Linac的常温前端采用射频四极场（RFQ）加速器系统,其几乎均匀连续变化的电聚焦加速单元,可以同时对低能束流进行横向聚焦、纵向聚束和加速,对束流的横向发射度约束和纵向发射度形成具有决定性的作用。本论文按照HIAF项目对RFQ的设计需求,进行了常温前端RFQ加速器系统的横纵向匹配段和横、纵向动力学的优化设计、并进行了RFQ误差分析和束流调试仿真研究。HIAF RFQ采用外聚束设计,既可以缩短RFQ腔体长度,又可通过损失部分束流,降低RFQ出口束流的纵向发射度。HIAF的RFQ加速器系统选择三谐波聚束器进行纵向匹配,RFQ入口相位为-45°注入,横向采用单个螺线管进行匹配。论文优化了横纵向匹配段的元件布局和参数,以及采用外聚束方案的RFQ横纵向动力学设计,得到HIAF RFQ加速器系统的整体加速效率为86.1%,纵向发射度（99.9%）为2.34 Pi.mm mrad,满足HIAF超导直线加速器对RFQ的设计要求。考虑到RFQ腔体加工误差、装配误差、上游束流参数变化、运行环境变化会造成加速单元的位置和尺寸误差,进而造成束流发射度增长和束流损失。论文基于Python语言开发了的自动参数扫描程序,完成了不同入口流强、发射度和twiss参数的冗余度分析。由于直线加速器束流模拟程序Trace Win中的误差分析方法仅适用于离散型元件,不适用于RFQ的连续性加速结构,国际上常规的RFQ准直误差分析,均未能正确模拟RFQ加速器与段之间的位置偏移和倾斜误差。论文基于Python语言开发了基于RFQ加速器段间准直误差模型的误差产生程序。利用Tracwin将每段内的RFQ单元打包成一个整体,利用误差产生程序为每段分配随机误差,使得段-段关联解耦,最后重新确定了RFQ准直和装配误差的最大公差范围,阐明了之前国际上RFQ准直装配误差模拟和实际工况存在差异的原因。实际运行调试中发现,使RFQ具有高传输效率的横向匹配参数有很宽的范围,但是这些参数所对应的RFQ出口发射度差异却很大,这意味着依靠RFQ出口的发射度测量找到优化的RFQ匹配参数,在实际调束中几乎不可能实现。论文针对该问题以HIAF RFQ设计为模型进行了束流调试仿真研究。仿真结果表明,束流高传输效率的区域中心,与束流RMS和99.9%发射度最小的位置重合。依据这一发现,论文提出了利用传输效率实现RFQ加速器运行调试中优化匹配的方法,并在中国加速器驱动系统前端示范装置（CAFe）上进行了束流实验验证,实验结果与仿真结果一致。该方法可以高效实现RFQ调试中的束流传输效率最大和束流发射度最小的目标。