CSR主环磁场电源控制系统研究

CSR控制系统是一个很庞大的系统，对它的控制是由许多分控制系统组成： 真空系统、电子冷却系统、束流诊断系统，CSR高频系统，数据获取系统等。磁 场电源控制系统是CSR控制系统中很重要的一部分，它是一个任意波形发生系统。 在CSR的分控制系统中，所有依赖波形控制的系统都可以由它来控制。波形的形 状由物理人员根据加速器物理要求计算得出。因为加速器运行的所有过程都为电 源所控制，所以我们的控制系统的直接控制对象就是磁场电源。在整个控制系统 中最重要的就是在控制过程中，控制过程波形的同步和控制过程波形的精度，这 是同步加速器控制系统的关键所在。过程波形的同步由同步时序系统控制，这是 CSR主环成功运行的决定条件。 本文对磁场电源控制系统和时序系统分别进行了论述。对磁场电源控制系统， 主要从系统的结构，I/O部件的硬件设计，I/O部件的软件设计这几个方面进行 论述,其中，I/O部件由I/O控制器和DSP处理器组成；对时序系统，论述了设计 原理和具体实现；最后给出了实验平台测试和现场测试的结果。 本文的创新点主要有，在加速器控制领域：（1）采用ARM+DSP的控制方式； （2）同步时序系统的末端定时原理； 从测试结果来看，我们的控制系统不管从结构设计，还是从软硬件设计上都 达到了设计的要求

HIRFL-CSR Kicker电源控制器的设计

在HIRFL-CSR（兰州重离子冷却储存环）电源控制系统中，Kicker电源需要控制器提供高压充电电压基准电压信号和触发信号,采集基准电压信号，将电源充电电压与期望值进行比较，如果有偏差，则进行修正，使实际值与期望值一致。为Kicker电源设计的电源控制器采用DSP作为处理器，采用串行DAC为电源提供基准电压波形，基准电压信号回读用并行ADC来完成。论文首先简要介绍了Kicker电源系统，根据控制器的设计要求，选用TI公司的TMS320VC5402芯片，给出了控制器的总体设计。其次，具体介绍了TMS320VC5402的结构、外围设备，给出了电路设 计原理图，以及与存储器连接电路图，并分别介绍了硬件系统各个部分的电路设计以及FPGA部分设计。再次，介绍了DSP编程环境CCS，给出了FLASH擦写过程以及二次下载原理，并详细论述了基准电压信号发送的编写，并对回读的基准电压信号进行了滤波处理。最后，对电源控制器的设计进行了总结。论文完成了Kicker磁铁电源控制器的硬件设计和底层软件设计，为以后在该硬件平台上下一步工作打下了坚实的基础

Bump磁铁电源控制器的设计

HIRFL—CSR（兰州重离子冷却储存环）是国家 “九五”重大科学工程之一。在磁铁电源的控制系统中需要电源控制器及时准确的提供基准的电压波形，并对输出的波形进行回读监测，以保证加速器正常工作。 论文介绍了电源系统的要求和特点，并根据设计要求给出了设计思想和系统框图，本控制系统主芯片采用TI公司的TMS320C6713芯片，并给出了DSP系统设计的一般流程。文中详细介绍了TMS320C6713芯片的结构和性能指标，以及其外围电路和存储器的扩展情况，指出了在高速电路板设计时应注意的问题。 设计中使用可编程逻辑器件，使设计可灵活配置，电路板设计在有BGA封装器件情况下实现四层板手工布线。 论文完成的Bump磁铁电源控制器的硬件电路设计，为以后的软件编写和测试搭建了坚实的平台

CSRm高频系统控制器

HIRFL-CSR（Heavy Ion Research Facility at LanZhou-Cooling Storage Ring兰州重离子冷却储存环）是国家重大科学工程，其控制系统是一个庞大的系统，由许多分控制系统组成，高频系统是其重要组成部分之一。加速器的加速过程都是由高频系统来完成的。由于高频控制系统的控制对象就是高频腔体，控制系统的稳定性和输出频率的精确性将直接影响到加速器系统的正常工作，而对于高频系统的状态回读又直接决定了对于高频系统的远程监控能力，所以高频控制系统的设计非常重要。本设计基于现场可编程逻辑门阵列FPGA和数字信号专用处理器DSP搭建， 一方面可以完成从控制中心远程控制高频腔体，另一方面也可以完成对于当前状态的读取，所经过的通道也是多样化的，包括CPCI总线通信，CANBUS总线通信或者是485总线通信。本文的内容包括了1>对于高频控制系统控制对象的分析以及各种控制参数要求。2>组成此系统的硬件部分分析选择以及硬件系统的搭建过程。3>对FPGA和DSP进行程序设计的过程和方法。本文的价值不仅在于对高频系统的控制上，对于其他数据采集系统，远程控制系统以及总线通信和数据分析算法上也有着参考价值

加速器高频误差分析系统的设计与实现

兰州重离子加速器冷却储存环的控制系统由磁场电源控制系统、真空控制系统、高频控制系统等许多子控制系统所组成。 本文所论述的对象是高频控制系统。本文所研究的主要问题，就是如何在对高频信号合理采样后，从得到的数字信息中提取出信号的有用信息。采用普通的通信接收机结构难以实现对高频信号的分析，因此应用软件无线电接收机原理，针对高频信号的特殊情况，设计实现了一个高频信号信息的分析系统。系统主要使用DSP处理器

重离子治癌装置的束流位置控制系统

近代物理所依托兰州重离子冷却储存环（HIRFL-CSR）开展重离子治癌研究。在重离子治癌过程中，需要对束流位置十分精确的控制。本文实现了精确控制重离子束对肿瘤实现三维适形扫描。 对肿瘤切片方向定位采用主动磁扫描方式，通过控制X、Y 扫描铁电源实现束流对肿瘤一层切片中各点的扫描，在治疗过程中需要实现位置变化与辐照剂量的联动。为满足束流位置切换时扫描铁电源的阶跃响应过程，采用了一种新的加速器电源控制方式，通过控制频率变化实现扫描铁电源阶跃响应过程。该方法具有精度高、参数少、响应速度快和实时性好的特点。本文提出了扫描铁电源电压控制的数学模型和实现结构，通过FPGA+DSP+DDS的硬件平台实现该电源控制方法。最终完成了对扫描铁电源高精度的控制。 肿瘤深度方向定位实质上是重离子束流Bragg峰的定位。Bragg峰与束流能量的关系要求重离子束在不同能量间切换，因而需要加速器实现变能加速。本文设计完成了适应变能加速的高频控制器，介绍了高频控制器实现方法，从而满足不同深度肿瘤切片对束流能量的要求。 核心及创新点：(1)实现重离子治癌过程中束流位置和剂量的联动; (2)基于频率调节的扫描铁电源控制器; (3)满足变能加速的高频控制器 从现场的测试和应用结果表明位置控制系统达到了设计要求

CSR控制系统的大规模多级分布式数据交互系统

CSR控制系统是一个庞大的网络分布式控制系统,它是由许多子系统组成。大规模多级分布式数据交互系统是CSR控制系统中的核心。它是实现CSR束流多能量级连调的核心，它涉及整个CSR控制系统的数据传输以及数据结构定义。大规模多级分布式数据交互系统的开发是基于螺旋模型，采用螺旋模型进行开发能最优实现CSR控制系统的需求以及各开发阶段具有很大的设计灵活性。该大规模多级分布式数据交互系统完全实现了采集数据的上行和控制数据的下行，系统通过网页实现对控制数据的录入以及对采集数据的实时显示。CSR所有数据都存储于Oracle数据库系统，数据库系统是一个三级分布式数据库系统，这样能均衡各前端服务器的资源与性能。前端服务器COM组件通过TCP/IP与ARM控制器和多功能控制器进行数据上行下行的数据交互，以及通过PCI 接口实现与各FPGA板卡进行数据交互。 论文论述了对大规模多级分布式数据交互系统、网页系统、Oracle数据库系统、COM组件库、PCI驱动程序以及各软件系统的设计实现。对大规模多级分布式数据交互系统主要从系统的结构、各级硬件设计和各级软件系统的设计这几个方面进行论述；网页系统主要描述了该系统是基于MVC框架模型的开发设计并介绍了JavaBean与Oracle数据库系统的数据交互；Oracle数据库系统主要从二级Oracle数据库的自动实时更新，和各触发器系统这几方面进行论述；又从各COM接口的功能方法进行对COM组件库的全面论述；PCI驱动程序的设计开发是与各FPGA板卡的数据交互的必须条件。大规模多级分布式数据交互系统的软件开发都采用了螺旋模型对其进行开发。本文的工作是CSR控制系统中的核心部分，具有重要的意义，同时也给同行研究工作者提供了重要的参考。 本文核心及创新点：1、创造性地提出了大规模多级分布式数据交互系统软件工程。2、三级分布式数据库系统的自动实时更新。3、采用web+Oracle+COM+PCI+ARM+FPGA+DSP的多级数据传输。4、设计并实现虚拟加速器。 从现场调试运行和验收的情况来看，大规模多级分布式数据交互系统不论从结构设计，还是软硬件设计开发都达到了设计要求

CSR事例同步系统

CSR控制系统是一个大型的基于Web的多层分布式控制系统，整个控制系统要在事例同步系统的指挥下在合适的时间作合适的事。CSR事例同步系统是CSR控制系统的最高指令单元和定时单元，它是加速器运行的基础和核心。我们自主设计研发的CSR事例同步系统是以事例为核心的末端定时同步系统。事例由同步服务器发出，被设备控制执行系统接收，相关数据信息被存储在数据库中。依据物理实验要求，编排好运行周期事例序列，事例间的时间间隔经过严格测算，同时所有设备控制执行系统建立本地事例表和对应的延时值。当周期启动的事例被发出，所有系统进行时间校准，将各自的频率和相位调整到所需要的位置。随后这个事例序列被同步服务器依次发出，设备控制执行系统在事例指令到来时解译事例编码，如果事例符合，则在符合事例对应的延时时间后开始执行事例编码指定的动作。在运行周期内，同步服务器只发事例序列，不接受任何反馈。数据和信号沿数据上行树和数据下行树在数据库系统和设备控制执行系统间传输。系统同步运行过程被精确到纳秒级，从而实现CSR的同步控制。本文对事例同步系统的总体结构和具体实现作了详细论述，详细分析了CSR周期，重点介绍了同步服务器的工作原理和实现方法。对事例同步系统的事例产生、事例发射、事例接收、事例解译和IOC等各重要部件的原理及软硬件设计做了系统论述，并给出现场及试验平台的测试结果。同时给出了几个CSR事例同步系统的成功应用实例。通过现场测试与分析，本系统完全能够满足HIRFL-CSR大科学工程对同步控制系统的要求。本文的创新点主要有，在加速器控制领域：（1）利用高速FPGA数字技术实现事例同步系统的核心模块；（2）采用先进的ARM+DSP+FPGA的嵌入式控制方式实现了事例同步IOC

CSR束流快引出控制系统研究与实现

HIRFL—CSR（兰州重离子冷却储存环）控制系统由许多子控制系统组成，磁场电源控制系统是其重要的组成部分。为实现将加速后的束流引出到实验环和外靶实验终端，需要设计一套完善的束流快引出电源控制系统。我们利用自行研制的高实时性DSP控制器，并结合先进的ARM嵌入式网络技术，构建了一个基于以太网技术的分布式电源控制系统。对于整个控制系统，本文从分布式系统总体结构，I/O部件硬件构成和软件系统编程，同步时序系统的原理与具体实现等多个方面进行论述，最后给出在试验平台和现场的测试结果。通过现场测试与分析，本系统完全满足了HIRFL-CSR大科学工程对控制系统的要求。本控制系统的技术难点为：对束团位置的精确定位和对分布式控制系统中各I/O部件的操作同步。主要技术创新有：在加速器控制领域采用先进的ARM+DSP的嵌入式控制方式；利用高速FPGA数字技术实现Kicker的定时触发

8×8单元CsI(Tl)阵列探测器的研制

近二十年，世界上各大实验室相继建立了各具特色的放射性束流装置，放射性束物理得到了长足的发展，在实验上要求对反应产物进行全运动学测量且具有较高的精度，为实验探测装置提出了更高的要求。我们研制了8×8单元CsI(Tl)阵列探测器，主要用于测量核反应产物的能量和角分布、进行粒子的关联测量以及对粒子的鉴别。脉冲形状甄别（PSD）技术是一种重要的鉴别粒子的方法，已经从原来直接利用电子学硬件的方法发展到先采集到脉冲波形，进而进行离线分析，甚至利用现代数字信号处理(DSP)技术的在线分析。我们对该技术进行了一些初步的研究，为以后利用DSP技术研制PSD系统奠定了重要的基础。本论文工作的主要内容有：（1）探测器的研制和性能测试。该探测器由64块CsI(Tl)晶体组成,每块晶体由光电倍增管单独读出。该探测器覆盖较大的立体角，具有较好的能量分辨和粒子鉴别能力。本文对探测器的探测原理，结构及性能进行较详细的说明。（2）系统地对两部分比较法(Qfast/Qslow，Qfast/Qtotal，Qslow/Qtotal)进行了模拟计算，定性的分析了两部分的积分门的延迟和宽度，为实验提供了有效的指导。分别采集到α源和宇宙线(m子)两种脉冲波形，使用两部分比较、平均时间、确定幅度和确定时间四种方法进行离线分析，对四种分析方法进行比较，以选择甄别效果最好的分析方法。最后，对关于进一步工作的方向进行了简要的讨论

SDRAM控制器的设计及其在CSR控制系统中的应用

在国家重大科学工程HIRFL-CSR的控制系统中，高速数据获取单元或非线性过程控制器常用到数据缓冲存储器。采用集成度高、功耗低、可靠性高、处理能力强的同步动态随机存储器SDRAM，是最好的选择。但是，与速度快、控制简单的SRAM相比，SDRAM存储器有复杂的时序要求，需要定时刷新，为此，必须设计SDRAM控制器。为了降低系统成本，采用FPGA技术，并使用VHDL语言设计和实现SDRAM控制器。论文首先介绍了存储器的结构和原理，SDRAM控制器的结构和组成，FPGA技术及其配置方法和VHDL语言的基本概念。随后详细介绍了SDRAM控制器基本结构的建立、符合PC133规范的硬件设计方案和软件的实现。其次，介绍了串口和SDRAM控制器的设计开发平台，并实现对SDRAM存储器的数据读写和刷新。另外，还介绍了与计算机进行串口通信的设计。 最后，介绍了利用FPGA实现DSP与SDRAM的接口电路设计及其在HIRFL-CsR控制系统中的应用。整个论文的工作完成了CSR控制系统中SDRAM控制器的硬件设计和VHDL程序编制、调试。为以后开发和实现控制系统的高速数据获取提供了一个原型。

永磁伺服电动机的矢量调速控制系统研究

永磁同步伺服电动机（PMSM）以其优越的性能广泛应用于各个机械传动领域。对PMSM的研究具有非常大的实际意义和价值，尤其对于我们单位目前在建大科学工程CSR。本文采用美国TI公司专用于电动机控制的数字信号处理器（DSP）芯片TMs320LF2406A作为核心，设计和开发全数字化的PMSM矢量调速控制系统。深入研究永磁同步电动机的矢量控制理论，建立起相应数学模型，然后提出矢量控制调速方案，并通过Mat lab仿真论证其可行性。介绍了硬件，软件结构及其实现。硬件方面主要介绍了控制电路各部分的设计和调试。在硬件基础上，用T工公司DSP汇编语言编程，实现电流环和速度环的双环控制，给出了系统程序和PWM信号产生的思路，并给出了主要模块的源程序。为了提高程序的运行效率，节省存储空间和提高系统的可靠性，程序中尽可能多的采用了数据表结构。

应用单细胞PCR方法研究胶州湾一株鳍藻的遗传特征

近年来，分子生物学技术与方法被越来越多地应用于有害赤潮研究。其中，单细胞PCR方法是对难以室内培养的有害赤潮藻种进行遗传特征研究的一项重要技术。本实验尝试建立微藻的单细胞PCR方法，并将其应用于鳍藻研究。 应用室内培养的亚历山大藻，研究了微藻的单细胞PCR方法，并对藻细胞的固定和保存方法进行了比较。结果表明，浮游植物研究中常用的甲醛固定方法只能用于短期保存样品（少于5天），而乙醇固定、鲁格氏液固定、或者在-20℃下冷冻保存的样品，在较长的时间后（60天）仍可以得到比较理想的PCR扩增结果。 应用单细胞PCR方法，对青岛近海采集的鳍藻进行了研究，扩增并测定了包括核糖体大亚基（LSU）rDNA的5’端D1-D2区序列，以及5.8S rDNA和ITS区的部分序列信息。通过分析软件对所得到的鳍藻序列信息与基因库中已知的鳍藻序列信息进行了分析与对比。根据ITS和LSU序列信息构建的系统进化树都显示，本文采集的鳍藻藻种与国外报道的圆形鳍藻聚为一支，初步确定采集的鳍藻应为圆形鳍藻，对该藻种形态学特征的观察也支持这一结果。该藻种部分LSU rDNA序列与欧洲同种鳍藻相似度达到99%,与其它等鳍藻遗传距离在18%-20%之间。测定的ITS区序列与同种圆形鳍藻有62个碱基的差异，与LSU rDNA序列相比，ITS序列变异更大。应用LC-MS方法对该鳍藻的进行了DSP毒素分析，结果未检测到OA或DTX1毒素。 这是我国首次应用单细胞PCR方法对鳍藻开展的研究工作，首次报道了我国鳍藻的核糖体部分序列信息。圆形鳍藻在青岛近海海域是初次报道，显示了单细胞PCR方法在鳍藻研究中的重要意义。

Environmental and health effects associated with Harmful Algal Bloom and marine algal toxins in China

The frequency and scale of Harmful Algal Bloom (HAB) and marine algal toxin incidents have been increasing and spreading in the past two decades, causing damages to the marine environment and threatening human life through contaminated seafood. To better understand the effect of HAB and marine algal toxins on marine environment and human health in China, this paper overviews HAB occurrence and marine algal toxin incidents, as well as their environmental and health effects in this country. HAB has been increasing rapidly along the Chinese coast since the 1970s, and at least 512 documented HAB events have occurred from 1952 to 2002 in the Chinese mainland. It has been found that PSP and DSP toxins are distributed widely along both the northern and southern Chinese coasts. The HAB and marine algal toxin events during the 1990s in China were summarized, showing that the HAB and algal toxins resulted in great damages to local fisheries, marine culture, quality of marine environment, and human health. Therefore, to protect the coastal environment and human health, attention to HAB and marine algal toxins is urgently needed from the environmental and epidemiological view.

A recent shellfish toxin investigation in China

A shellfish toxin investigation along the Chinese coast has recently been conducted using both HPLC and mouse assay methods. The results showed that DSP was widely distributed in different shellfish species in China. 26 out of 89 samples had DTX1 (dinophysistoxin-1) or OA (okadaic acid) but the DSP content in most shellfish samples did not reach the regulatory limit for human consumption adopted in many countries (20 mu g/100 g soft tissue). PSP was also found in 5 out of 96 samples along the coast. One sample, Chlamys nobilis from Hong Kong contained high levels of PSP (320 mu g STX equivalent/100 g soft tissue), compared to the regulatory limit (80 mu g STX equivalent/100 g soft tissue). After the recent outbreak of red tide in Hong Kong waters, three further shellfish samples were collected within 40 days to investigate the impacts of this event, It was shown that high levels of PSP continued to exist in Hong Kong waters. This report provides the first report of DSP and PSP distribution along the Chinese coast. (C) 1999 Elsevier Science Ltd, All rights reserved.