基于逐圈束流位置测量系统的储存环线性和非线性模型标定

发布时间：2020-05-15 15:32

【摘要】：储存环模型标定就是通过对表征束流线性和非线性运行规律的各项基本物理参量进行精确的测量,并以理论设计为目标对实际储存环的磁聚焦结构进行充分的校正,从而使储存环的性能表现(如光源亮度、束流寿命)达到理论设计的预期。构建一整套系统而又便捷的模型标定方法将会为储存环调试工作提供极大的便利,大大缩短调试周期,并且能够保证储存环束流最终的运行状态能够与理论设计目标保持高度一致。随着束流位置测量系统的发展,具有逐圈测量能力的束流位置检测器被广泛的应用于储存环中,为一些以逐圈束流位置数据为分析对象的线性和非线性模型标定方法提供了硬件条件。本论文在简要介绍了储存环线性和非线性物理参量基本测量的基础上,重点引进了以储存环逐圈位置数据为主要分析目标的模型标定方法,对每一种方法的物理原理以及分析过程都进行了详细介绍,并且对各种方法的准确性进行了理论验证。本论文首先介绍了线性模型标定方法。其中闭轨响应矩阵拟合方法(LOCO)作为现阶段国内外广泛使用的线性模型标定方法,在论文中进行了详细的介绍。在充分了解LOCO方法基本原理的基础上,采用合肥光源储存环实测的闭轨响应矩阵、色散函数以及BPM噪声等数据对储存环的线性光学参数进行了拟合迭代分析,取得了与理论设计值基本相符的结果。另外还分别引进了线性拟合分析方法、模型独立分析方法(MIA)和独立成分分析方法(ICA)对储存环的线性光学参数进行标定。这三种方法都是不依赖具体的储存环磁聚焦结构模型,而是以逐圈位置数据为分析对象的线性模型标定方法,可以统称为模型独立的分析方法,在充分掌握这些方法基本物理原理的基础上,对每一方法的模型标定分析过程进行了详细的介绍。其次对非线性模型标定方法进行了全面的介绍。其中色品的校正作为储存环非线性磁场存在最主要的原因,以及幅度失谐作为非线性效应最主要的表现,在论文中都作了简要的介绍和分析。论文重点采用了频谱拟合分析方法对储存环的非线性模型进行标定,该方法是标准形式(Normal Form)理论在逐圈束流位置数据的应用基础上发展而来,根据Normal Form基本原理,单粒子横向运动高阶频谱与非线性共振驱动项具有一一对应的关系,而电子储存环中多粒子束团在综合考虑解相干(Decoherence)效应和辐射阻尼效应的情况下,其质心的横向运动高阶频谱与非线性共振驱动项之间的解析关系变得极其复杂,虽然不能直接利用高阶频谱来解析分析非线性共振驱动项,但是发展出了利用高阶频谱来模拟分析非线性模型的频谱分析方法。本论文首次将该方法应用到电子储存环中,在充分叙述该方法的物理理论基础以及非线性模型标定过程的基础上,还详细介绍了该方法分析过程中所涉及到高精度的频谱分析技术(NAFF)以及高性能非线性最小二乘优化算法(Levenberg-Marquardt算法)等关键处理技术。最后通过构建储存环理论模型对各种模型标定方法进行理论验证。储存环磁聚焦结构参数采用合肥光源的理论设计值,模拟程序采用AT,并且利用逐元件跟踪的方式获取一系列精确的束流逐圈位置数据。根据各个方法的具体分析过程,对这些数据进行相应地分析,都取得了与理论值基本一致的结果,对各个方法的准确性进行了理论验证。
【图文】：

束团的横向振荡脱离了相干性，此时用束流位置测量系统测量到的质也位置逡逑就不再保持谐波状态，而是直观地表现为非常强的幅度阻尼效果，即解相干效应逡逑口７￣８９］。其表现形式如图４．１所示：逡逑Ｔｕｒｎ－ｂｙ－ｔｕｍ邋Ｄａｔａ逡逑５００逦１０００逦巧００逦２０００逦巧邋００逡逑Ｉ逦［逦ｒ逦Ｃ逦ｒ逦逦［逡逑如０逦１０００逦巧００逦２０００逦巧邋００逡逑Ｔｕｒｎ邋ｎｕｍｂ即逡逑图４．１上图表示单粒子的逐圈位置数据，下图表示多粒子（１０００个）束团的逐逡逑圈质也位us数据。逡逑束团质屯、位置发生阻尼衰减说明其横向振荡被削弱，那么必然会直接影响束逡逑６４逡逑

逡逑团横向运动的频谱，主要表现为频谱幅度的减小。其影响程度如图４．邋２所示：逡逑Ｓｐｅｃｔｒｕｍ逡逑－２邋Ｆ逦ｒ邋ｔ邋ｉ邋＾逦［邋ｃ邋ｃ邋ｃ邋ｐ逡逑１０逦ｒ逦＾逡逑＜Ｄ逦－逦‘Ｉ邋：逡逑Ｅ逦－逦Ｉ逦．逡逑Ｉ逦化邋３ｆｉ逦１逡逑＜逦＾邋Ｉ逦ｉ；逦＇｜邋：逡逑■邋Ｉ逦ｊ逦ｉ｜逦ｊｉ逡逑－０．５逦－０．４逦－０．３逦－０．２逦－０．１逦０逦０．１逦０．２逦０．３逦０．４逦０．５逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逡逑Ｓｐｅｃｔｒｕｍ逡逑－２邋Ｐ逦Ｈ逦Ｃ逦Ｃ逦Ｃ逦Ｌ逦［逦Ｃ逦［逦；逦Ｅ逡逑１０邋：逡逑：逦；逦－逡逑甚＇逦＇逡逑Ｉ邋化％’逦Ｉ邋１逡逑＜逦：邋！二逡逑ｒ逦ｉｌｌ邋，逦，逦，逦ｌｉ逦，逦ｉ逦，逦，，逦，逦Ｉ逡逑－０．５逦－０．４逦－０．３逦－０．２逦－０．１逦０逦０．１逦０．２逦０．３逦０．４逦０．５逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逡逑图４．邋２上图表示单粒子在Ｘ方向上的振荡频谱，下图表示多粒子（１０００个）束逡逑团在Ｘ方向上的振荡频谱。逡逑从上图可Ｗ明显地看出，束团的非线性高阶频谱更加容易受到其逐圈位置信号衰逡逑减的影响。因此要想准确的标定非线性模型，就必须对解相干效应进行充分的了逡逑解和分析。逡逑解相干效应产生的核也原因是束团中各粒子的振荡频率偏移，而造成各粒子逡逑工作点偏移的因素主要如下两点ＰＷ：逡逑ａ）色品（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ）。逡逑色品的基本物理定义为带电粒子的横向王作点偏移随着该粒子动量偏差的逡逑变化趋势
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL594

【共引文献】

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本文编号：2665256