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

谐振式电子加速器电子枪注入控制系统

电子加速器作为一种工业化设备已经在各个领域得到了广泛的应用，它的内部控制电路工作在高电压环境中，尤其是高电压端存在的各种干扰对其稳定性影响很大，使得高压端的控制显得很困难，由于以往使用的高压端控制电路常常发生损坏，因此本文就高压端控制进行了讨论，并从原理和元器件设计方面考虑来解决这些问题。本文对大功率谐振式电子加速器的用途、工作原理以及总体结构做了简要的介绍，同时主要阐述了电子加速器电子枪注入控制系统的原理设计、总体结构以及实验结果。本文对以往使用的控制回路在高压端工作时其存在的问题进行了分析，比较了两种方案的优缺点，主要从电路的抗干扰和抗电流冲击以及稳定性出发对电路的各个部分进行了合理的设计，重点对组成电路的各个单元进行了详细的原理介绍和设计计算，而且对整个系统进行了SIM 99仿真，得到了合理的结果，与实验过程中所测数据完全一致。通过对电路的实际调试和分析可以看出该系统比旧系统在抗干扰和可靠性方面有大幅度的提高

SSC高频计算机控制系统之软件设计

高频系统是HIRFL系统中一个很重要的组成部分。其工作的稳定性和可靠性直接影响到束流的大小和品质，通过远程计算对其控制的目的不仅使人们远离现场恶劣的工作环境，而且在于提高整个系统的稳定性和可行性。高频计算机控制系统（RFC）的控制对象就是这个高频系统，它包括两个高频机和三个稳定系统：频率稳定系统、相位稳定系统、幅度稳定系统。考虑到整个系统长时间的工作状况和对稳定性和可靠性的严格要求，系统在硬件接口上选择了具有标准接口和强的扩展能力的CAMAC系统。CAMAC机箱的串行连接通过接口板2926和计算机联系在一起。在CAMAC串行总线上共有4个机箱分别负责高频机、相位、幅度和频率系统。这套系统的软件工作在Windows98操作系统平台下。有三个部分组成软件部分：一是漂亮友好交互性强的界面，这部分是通过VB和VC混合编程得来。二是功能稳定、可靠性强的接口，这部分是在VC中建立DLL来完成最终驱动。还有一部分是数据库，这个数据库是由Access生成，用于存储程序中的参数和高频系统的运行参数。这三个部分在界面程序中有机结合在一起共同完成对整套系统的控制作用。目前这套系统已经完成，运行在中控室的控制平台上，经过测试工作效果还很不错。本论文主要具体阐述了这套系统的组成，以及在程序设计时的思路、过程还有一些问题的解决办法等。

基于Windows系统的原油水气含量自动监测仪表远程控制系统的设计

本论文主要内容是一种应用于油田的工业用仪表的程序设计。程序体现了当今流行软件基本的设计思想，同时具有积极的现实意义。论文内容主要包括三大部分。第一部分简略地介绍仪表的总体的工作原理。从水含量，气含量两个方面进行了论述。第二部分介绍了仪表的工作过程中，涉及的硬件部分。简略的阐述了硬件部分的探测器结构部分，详细的介绍了第三部分软件编程中用到的计数卡和D／A转换板卡的原理，及编程控制的基本步骤。第三部分是仪表的软件部分，也是核心和重点部分。主要介绍了软件的总体框架，重点地说明了计数卡的驱动程序设计，数据采集，打印部分，数据库部分，实时性的实现方法。同时还有参数拟合功能中，涉及到的数理统计中参数回归法确定参数的具体方法。结合各个具体功能的说明，给出了具体的源代码。程序的其它必不可缺少，但实现起来难度相对较小的部分给出了简略的说明。该程序具有操作简单明了，界面友好，功能齐全等特点。通过对该工业仪表程序的设计，在计算机软件及硬件方面的理解，都能够得到一定水平的提高。特别是在计算机软件的设计方法，设计思想等各个方面都有深入的认识。

ECR离子源高真空微调针阀控制系统

本论文首先介绍ECR（电子回旋共振）离子源的基本原理及其发展，在此基础上讲述了近物所的14.5GHzECR离子源的结构和特点。本论文主要内容是介绍所研制的适用于30KV高压端的ECR离子源高真空微调针阀控制系统。此系统被控对象是位于ECR源上的高真空微调针阀，它与地面之间有20～30KV的电位差。论文中首先阐述此控制系统研究的背景，并对ECR离子源电气参数控制的特点进行了说明。根据被控对象的情况以及对系统提出的指标，详细讲述了此控制系统的软、硬件实现。硬件包括步进电机、步进电机驱动器、轴编码器等。软件包括译码编程。然后从总体介绍此控制系统的功能结构，再分步讲述发射器、接受器、译码等各功能模块的实现过程。此控制系统的最大特点是使用光路实现高压绝缘，这为解决位于ECR离子源高压端器件的控制问题提出新思路。本系统的光路采用红外线发射接收系统，以空气为传输介质，依据光信号的有无接收控制信息，此方式效果好、易于实现。在系统中，使用光路传输装置定位，聚集透镜聚集，增加信号强度，提高抗干拢能力。而且此光路传输系统价格便宜，易于实现，可靠性好。在整个控制系统方案调研期间，对各种控制方式进行了比较和实验，在此基础上，确定了一个比较经济实用和具有高可靠性的方案。经过设计电路原理图、绘制印制线路板、加工印制线路板、购买元器件、组装电路后，首先成功地进行了离线调试，最后，将整个系统模拟实际环境进行调试实验。整个系统实现了稳定可靠的工作，达到了预期的设计指标，精度好于要求的千分之一。由于时间紧张和条件的限制，该系统还未在现场设备上进行实验。因此，在今后的工作中，此控制系统还需要在条件具备时，在现场设备上进行实验和考验。此外，为满足国家大科学工程兰洲重离子冷却储存环的要求，我参与了在14.5GHz ECR离子源上进行afterglow工作模式的实验，首次产生了高电荷态脉冲束流Ar~(11+)和Ar~(12+)。论文最后一部分给出了初步实验结果，并对结果进行了分析和解释。

加器束流强度和能量稳定控制系统

本文基于中国科学院的代物理研究所电子辐照室的谐振变压器型电子加速器计算机控制系统的研制工作。首先介绍了研制此种加速器的国际、国内的历史背景和前景，接着介绍了加速器的结构和工作原理，描述了加速器的计算机控制系统，着重介绍了加速器的束流强度稳定系统和能量稳定系统。在束流强度稳定系统中，首先介绍了束流稳定系统的工作原理、实现的方法和对灯丝加热电源的要求；通过对灯丝电源的控制达到对束流强度调节和稳定的目的。而灯丝电源处在IMV左右的高压端，为此设计了光路传输系统，把高压端与低压端隔离开，同时又能传输控制信号。用一台可编程序控制器（PLC）作为主要控制硬件完成控制任务，同时编写了PLC控制软件。对于能量稳定系统，介绍了其工作原理、外部硬件组成（包括另一台PLC站）。针对能量稳定系统的特殊要求，在软件方面设计两种工作模式：变频器稳定模式和加速器调试和维修使用。以上两个控制站都有完备的报菟显示功能。使用组态王5.0开发了上位机（工控机）的动态显示画面，它能完成计算机控制命令的发布、参数显示和随机修改控制参数等功能。实验表明以上工作都达到设计要求，效果良好。

HIRFL分布式控制系统嵌入式控制器设计

本文全面论述了一个基于PC104模块的嵌入式控制器的研制、开发及控制器的结构、性能和硬件软件设计。论文从HIRFL加速器分布式控制的要求出发，阐明了控制器的开发背景、基本结构的建立、电路的设计及主要元器件的选择和使用。论文分为两大部分，第一部分对嵌入式控制的理论及相关的技术作了简单的介绍，并对本设计中采用的嵌入式计算机PC104的结构做了说明，同时分析了目前HIRFL加速器控制系统的现状和进行嵌入式设计的目的。第二部分在详细地介绍嵌入式控制器硬件电路设计原理的基础上，结合理论进述了实际电路的设计，整个硬件的设计按功能分成模拟器件接口、I/O同步控制、并行I/O接口、抗干扰设计和主要芯片特性五大部分。软件设计采用面向对象的编程方法进行设计，操作系统软件采用微软公司的Windows CE，编程软件使用VC for Windows CE。论文从控制不同硬件的角度对软件进行分类说明。

基于PLC的电子加速器安全控制系统

本文主要介绍了我在中科院近物所电子辐照室所研制的大功率电子加速器计算机控制系统方面的工作。文章在简要介绍了加速器的研制背景，该加速器的结构特点和工作原理后，主要叙述了基于可编程控制器（PLC）的加速器计算机控制系统的设计思想、硬件设备的特点和软件系统的组成。集散型计算机控制系统（DCS）硬件和软件的设计内容以及所能实现的控制功能是本文的重点。经过全组人员的共同努力，计算机控制系统已投入使用。并于2000年11月成功地调试出束流。从目前情况来看，加速器计算机控制系统运行正常，取得了满意的效果。

SFC200KW高频发射机控制系统改造

本文全面论述了一个基于PROFIBUS现场的总线分布式控制系统的设计、开发、调试过程，详细介绍了控制系统的结构和软硬件设计。论文从SFC200KW高频发射机控制需求出发，阐明了控制系统的开发背景、基本结构的建立、硬件接口电路的设计方案、控制算法的设计思想以及上下位机控制程序的实现。论文分四大部分，首先介绍SFC200KW高频发射机控制系统的现状，阐明进行SFC200KW高频发射机控制系统改造的必要性和采用现场总线分布式控制系统的优势。第二部分介绍控制系统改造的相关技术。第三部分结合PROF工BUS和FCS控制系统理论详细介绍了新SFC200KW高频发射机控制系统的结构，包括主控器PLC实时控制、系统抗干扰特性、电平转换接口等。第四部分结合SFC200KW高频发射机控制算法，下位机PLC编程语言，介绍了控制系统软件的设计和开发。上位机监控程序采用W工NCC组态软件完成友好的人机交互界面开发。通过对该控制系统的改造，满足了工程对控制部分可靠性、实时性和稳定性的需求。实现了对SFC200KW高频发射机远程控制，运行参数实时采集，故障实时保护和报警记录，运行参数归档和打印等功能。达到了改造的目的。

光谱与能级寿命自动测量控制系统设计

重元素的高电离态、少电子原子光谱研究是物理学当今国际上前沿领域研究的热点课题之一。利用兰州重离子加速器HIRFL产生的不同能量离子，选择性的对有关重元素高电离态、少电子（剥掉多电子）原子光谱进行研究，这对于研究重元素高电离态原子结构和受控聚变研究具有特殊的意义。本文基于束箔光谱学测量原理，成功开发了高电离态原子光谱与能级寿命自动测量控制系统。该系统用于在HIRFL上进行的高电离态原子光谱与能级寿命测量实验。本文首先介绍了重元素的高电离态、少电子原子光谱研究，随后介绍了光谱与能级寿命自动测量控制系统的框架、解决方案和软件开发，软件开发部分是本文阐述的重点，包括软现代软件技术发展、软件工程开发和整个测量控制系统软件设计，本文都作了详尽的叙述。在实际程序代码中，有很多模块和类，本文就几个典型类的设计进行了剖析。最后给出实验结果和面向未来的系统优化方案。基于Windows 98,作者用Visual C++ 6.0成功的完成了光谱与能级寿命自动测量控制系统软件设计。该软件在HIRFL上己经完成了多次实验，系统可靠性和数据获取实时性都很高，实验中获取了非常精确的光谱曲线。该软件实现了实验过程的程序化运行，并在实验中获得了准确数据，它的完成对于重元素的高电离态、少电子原子光谱的研究具有良好的实用价值。

嵌入式技术在CSR控制系统中的应用

加速器控制系统的前端控制服务器系统的实现方案已经有很多，但随着电子技术的发展，特别是嵌入式技术的发展，又有很多新的性能更高，成本更低，实现更简单的力一案产生。值CSR控制系统的新建和HIRFL控制系统的改造之机，本文在总结前人技术的基础上，提出了一科，采用嵌入式技术实现前端控制服务器系统的新型方案。本文首先简要地介绍了CSR控制系统的基本思想和前端控制服务器系统，引出前端控制服务器系统的嵌入式技术实现方案。然后对CSR控制系统的被控对象，目前现场总线的发展和嵌入式技术的最新进展进行了一些分析，找到CSR控制系统中前端控制服务器系统的嵌入式技术方案的最佳实现方法，即采用嵌入式网关将RS-485总线接入以太网的方案。接下来就着重论述了基于RS-485总线的一些关键的嵌入式模块的研制，比如数字1／0模块，ADC模块，高精度ADC模块，嵌入式网关模块等等。通过这些模块的研制和测试成功，我们可以根据需要，选择适当的模块，搭建各个前端控制服务器系统的子系统。实践证明，这种采用嵌入式网关将RS-485总线接入以太网的技术去构建前端控制服务器系统的实现方法是可行的，该方案在性能、降低成本、集成度、稳定性、网络化等方面都有显著的提高。可以预见，随着嵌入式技术的发展，我们的控制方案会越来越完善。

CSR控制系统数据结构的设计与组织

本论文主要讲述了作为CSR控制系统信息存储和关系协调中心的CS尺数据库系统及其BLOB、信息录入等相关内容的研究、设计和实现。我们选用Oracle作为数据库平台，并使用Rose对oracle进行建模，解决复杂的表关系和大量的表结构，完成了许多CSR系统的数据库建设。开发了操作Oracle中BLOB字段的Cokl组件，解决了高速的大数据块的存储问题。采用ASP完成了CSR数据库信息录入系统，使操作人员通过网络完成各个子系统有关信息的录入。这些都已可靠、高效、方便的用于实际的控制系统中。创造胜地提出了CSR数据库软件工程，CSR数据库命名规范，CSR数据库数据字典，CSR数据库安全策略等，以及完成了CSR数据库缩写管理系统，CSR数据库字段管理系统CSR数据库表视管理系统等。这些开发规范和管理系统在实际的数据库开发中起着指导和辅助作用。

HIRFL控制系统数据库系统设计

HIRFL（兰州重离子加速器）是我国第一个大型重离子物理研究装置。HIRFL控制系统是保证HIRFL系统正常高效运转的重要环节。本文利用数据库技术、网络技术设计了HIRFL控制系统数据库系统，实现了在网络环境中只使用一个应用程序就可对整个HIRFL系统控制进行控制的要求。论文首先介绍了数据库系统理论，然后对软件设计涉及的各部分基础知识进行了阐述，最后详细讨论了整个数据库系统设计中的数据库设计、应用程序人机界面设计等部分。数据库应用SQL Server 2000大型数据库，并使用ODBC技术作为数据库访问手段；人机界面部分使用面向对象编程技术进行Windows编程。整个论文工作在建立了一个包含整个控制系统各部分设备信息的数据库的同时，还提供了一套包含所有基本控制功能的HIRFL分布式控制软件，为HIRPL控制系统数据库系统的进一步完善提供了二次开发平台。

HIRFL智能控制系统的研究

本论文从HIRFL（兰州重离子加速器）运行对控制的要求出发，根据HIRFL-CSR大科学工程控制系统改造的目标和要求，我们采用将模糊逻辑控制，神经网络和遗传算法有机结合而进行全局优化的智能控制系统对加速器实施闭环控制。论文分为七章，第一章为引言，对HIRFL系统进行了介绍，同时对课题的背景和意义进行了说明。第二章首先介绍了智能控制的基本概念、研究对象、基本结构、功能特点和数学工具，然后对HIRFL智能控制系统结构进行了简单描述和分析。第三章详细地介绍了HIRFL控制模型辨识的方法及过程，其中包括对神经网络、模糊系统和神经模糊推理系统ANFIS的概念及相关技术的介绍以及在HIRFL控制模型辨识中的应用，同时对MATLAB辅助神经网络设计和MATLAB辅助模糊系统设计进行了介绍。第四章详细地介绍了HIRFL模糊神经网络控制器的设计，其中包括对模糊神经网络的概念及相关技术的介绍以及在HIRFL模糊神经网络控制器设计中的应用。第五章详细地介绍了HIRFL智能控制系统的建立，对遗传算法的概念及相关技术进行了介绍，并应用它对系统进行优化。论文的第六章应用HIRFL智能控制系统设计方法对HIRFL-CSR-COOLER系统进行智能控制系统的设计，并对设计结果进行仿真分析。第七章是结束语，首先对HIRFL智能控制系统进行了总结，然后对未来控制系统的发展谈了些自己的看法。整个论文工作实现了一套包含控制模型、模糊神经网络控制器和优化算法的智能控制系统，提供了进行闭环控制的一种模式，为进一步的智能调束研究提供了一套极具借鉴价值的加速器智能调束设计方法和方向。