Способ диагностики параметров пучка циклического ускорителя заряженных частиц

(19) (1 90 04 Н 0/1.,еДИис л,Е ЕЛЬСТВ РАМЕТРОВЕЛЯ ЗАРЯк уско- диагнос- икличесчастиц овПс тура (ИК),ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(56) Кисилев Ю,В. Адаптивная система стабилизации интенсивности пучка заряженных частиц, Труды 8-го Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. Дубна, 1983, т. 2, с. 349.Н.Д.Васильев, З.А.Засенко, В.Г.Ивкин, Система оптимизации режима работы ускорителя ИТЭФ с помощью ЭВИ. Труды 5-го Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. И.: Наука, 1978, т2,с,281,(54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПА ПУЧКА ЦИКЛИЧЕСКОГО УСКОРИТ ЖЕННЫХ ЧАСТИЦ(57) Изобретение относится рительной технике. Способ тики параметров пучка (П) кого ускорителя заряженных включает измерение парамет помощью измерительного кон получение сглаженных отсчетов измеренного параметра за выбранное для данного ускорителя число последних циклов ускорения, при этом после получения каждого сглаженного отсчета в паузах между циклами перестраивают ИК на ожидаемую величину контролируемого параметра П, которую находят в виде экспоненциально взвешенного скользящего среднего значения последних сглаженных отсчетов, число которых при последующей перестройке ИК на ожидаемую величину уменьшают при усилении сложившейся к этому моменту времени тенденции отклонения (ТО) сглаженных отсчетово измеренного параметра от ожидавшегося значения для каждого иэ них и увеличивают при ослаблении этого отклонения, а контроль ТО осуществляют по двухстороннему тесту стационарности для выбранного Фиксированного объема скользящей выборки иэ ошибок прогноза для последних сглаженных отсчетов измеренного парамет" ра П. Повышается точность измерения.1 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке систем контро,ля параметров пучка как в процессе5 проведения экспериментов, так и при работах по наладке циклических ускорителей.Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей способа.На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - графические результаты обработки согласно предлагаемому способу изменения по времени коэффициента 1 С заполнения орбиты микросгустками заряженных частиц при нестабильном протекании от цикла к циклу ускорения процесса захвата пучка в режим синхронного ускорения.Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит измерительный контур 1, включающий, напримеР, 25 магнитоиндукционный датчик пучка, экспоненциально сглаживающий ведущий фильтр-усреднитель 2 с адаптивно регулируемым параметром сглаживания о, = 1/и, блок 3 вычисления при заранее выбранном для данного ускорителя фиксированном параметре сглаживания х, = 1/и экспоненциально взвешенной ошибки сигнала прогноза по пучку, блок 4 вычисления скользящей оценки среднеквадратического отклонения экспоненциально взвешенной при фиксированном параметре сС,1/и ошибки сигнала краткосрочного прогноза по пучку, блок 5 деления, блок 6 сравнения модулей входных40 сигналов, соединенный информационным выходом с синхровходом ведущего экспоненциально сглаживающего фильтра-усреднителя 2, программируемый блок 7 постоянной памяти, соединенный адресными входами с разрядными выходами счетчика 8, блок 9 Формирования управляющего воздействия для подстройки параметров измерительного контура 1, исполнительный элемент 10 50 цепи настройки измерительного контура 1, блок 11 синхронизации, соединенный командным входом с входной управляющей шиной 12 таймерных импульсов ускорителя, а информационным 55 выходом 13 со счетным входом 14 счетчика 8, соединенного Разрядньми выходами с управляющим входом адаптивного регулирования параметром сглаживания (т,е. объемом скользящей выборки) М; = 1/п; ведущего экспоненциально сглаживающего фильтра-ускорителя 2, выходную информационную шину 15 экспоненциально взвешенного скользящего среднего значения сигнала прогноза для подстройки по пучку параметров соответствующей системы ускорителя и информационный выход 16 сглаженных оценок контролируемого параметра пучка.После каждого получения на инфор. мационном выходе 16 измерительного контура 1 сглаженного (эа М последних циклов ускорения) отсчета измеренного параметра пучка формируют(на выходной информационной шине 15) сигнал краткосрочного прогноза по пучку, по которому перестраивают измерительный контур 1 на ожидаемую (для последующих И циклов ускорения) величину контролируемого параметра пучка. Укаэанную перестройку настройки измерительного контура 1 производят в паузах между циклами ускорения с помощью цепи обратной связи, образуемой блоками 9 и элементом 10. При этом управляющий сигнал обратной связи для подстройки по пучку самого измерительного контура 1 получают с помощью фильтра-усреднителя 2 в виде экспоненциально взвешенного скользящего среднего значения для И последних сглаженных отсчетов из 1меренного параметра пучка.В частности, для рассматриваемого примера одномерной реализации способа, предусматривающего использование инерционности свойств циклического ускорителя как объекта управления, в большинстве практических случаев, т.е. в условиях малой априорной информированности о характере дрейфа режимаработы соответствующей подсистемы ускорителя, достаточным оказывается формирование сигнала точечного прогноза по пучку, на один шаг вперед непосредственно в виде экспоненциальной средней первого порядка согласно рекуррентному соотношениюЕ; к 7 =м, к, + (1 + м;)Е;,к (1)где Ъ.; - сглаженный -й отсчет контролируемого параметра пучка (1 = 1,2,), полученный9904где Я,139Доп10 в контуре 1 в результатеусреднения непосредственноизмеренных (или/и аппроксимированных после соответствующего цензурирования выборки) оценок контролируемого параметра пучка за М последних циклов ускорения.Величины Е;, к 1 и Е, к, имеющие ту же размерность, что и измеряемый параметр Ъ., представляют собой рекуррентные точечные оценки ожидаемых значений контролируемого параметра пучка к для М последних и соответственно для М последующих циклов ускорения, а варьируемый параметр ос; = 1/п; экспоненциального сглаживания представляет собой варьируемую постоянную времениТ, М и; интегратора, где Т - продолжительность времени одного полного цикла ускорения на данной машине.Заранее выбираемый параметр То М представляет собой дискретный временной масштаб получения равноотстоящих во времени (благодаря периодичности работы циклического ускорителя) сглаженных отсчетов к контролируемого параметра пучка, по адаптивно варьируемому числу Н, = 2 п, - 1 последних сглаженных отсчетов которого экстраполируют на один Т М шаг вперед ход неизвестной кривой регрессии для низкочастотной составляющей дрейфа в настройке соответствующей системы ускорителя. В результате подчиняющаяся статическому разбросу кривая 1 на фиг. 2 преобразуется в кривую 2, характеризующую изменение коэффициента заполнения орбит во времени. Точки 3 на фиг.2 отображают отклонения реакции сигнала прогноза по пучку по сглаженной кривой 2 при изначальном принятии более высокого значения уровня значи. мости Я = 0,1 для того же измерительного контура контролируемого параметра пучка,Экстраполяцию кривой регрессии на один шаг вперед каждый раз производят с заранее выбранной для данного измерияельного контура 1 доверительной вероятностью Р = 100(12 О ) 7. согласно исходному дляДоппредлагаемого способа условию- максимально допустимый для-й перестройки измерительного контура 1 уровеньзначимости при классифика 5ции И, последних ошибоксигнала прогноза по пучкупо тесту стационарности:- априорная оценка минимально допустимого йо0)для данного измерительногоконтура уровня значимостидля классификации контролируемого параметра пучка15 по двустороннему тестустационарности.Таким образом определяют тенденциюизменения или расстройки соответствующей системы ускорителя, влияющихна контролируемый параметр. Соответственно, при усилении выявляемой научастке наблюдения из Х последнихсглаженных отсчетов измеренного параметра пучка тенденции к дальнейше 25 му отклонению низкочастотной (кривая2 на фиг. 2) составляющей дрейфа внастройке соответствующей подсистемы ускорителя от принятой для нее,в частности, по соотношению (1) пос 30 тоянной модели, в еще большей степени ослабляют память формируемогосигнала Е к 1 краткосрочного прогноза по пучку к предыстории контролируемого процесса.Это выражается в том, что приЗ 5 формировании очередной оценки Е;хучитывают меньшее число М; последних сглаженных отсчетов измеренногопараметра пучка (М; с Х;, ) путемсоответствующего адаптивного увели 40чения параметра экспоненциальногосглаживания о; = 1/и;, имея приэтом в виду, что экспоненциальнаясредняя первого порядка по соотношению (1) дает величину, близкую поглубине своей памяти к равномерновзвешенной скользящей средней наобъеме выборки из И; = 2 п; - 1 последних членов полученного временного ряда К;, Х;,1 с;,для50 сглаженных отсчетов йзмеренного параметра пучка.Аппаратурно процедура предложен-ной самонастройки измерительногоконтура контролируемого параметрапучка в условиях нестационарного режима работы циклического ускорителязаряженных чистиц реализуется следующим образом,(2) Затем в блоке 4 производится прежде всего приведение вычисленной по соотношению (2) текущей д.-й ошибки дК; сигнала прогноза к нулевому сред нему значению, т.е. определяется модуль центрированной ошибки прогноза по пучку согласно соотношению 8; =ЬХ; - Е, 1 ьк(, где величина Е;,дк 1 представляет собой хранимое в блоке 3 в течение последних М циклов ускорения значение экспоненциально сглаженной ошибки сигнала прогноза по пучку, вычисленное к моменту (1 - 1)-й перестройки измерительного контура 1.После этого полученный модуль центрированной ошибки о, прогноза по пучку подвергается в блоке 4 экспоненциальному сглаживанию снова при фиксированном значении параметра сглаживания ро = 1/по согласно рекуррентномуалгоритму Е;Ц =од,.8 + + (1 - М, )Е;,8, где Е;, представляет собой хранимое уже в блоке 4 в течение М последних циклов ускорения значение экспоненциально сглаженной центрированной абсолютной ошибки сигнала прогноза по пучку, вычисленное к моменту ( - 1)-й перестройки измерительного контура 1, При этом предусматривают, что вычисленная в блоке 4 экспоненциальнаяосредняя Е; Е с точностью до настроечного множителя у = %72М /(Ид - 1 характеризует по среднемодульному критерию чисто случайную среднеквадратическую ошибку б; прогноза по пучку на скользящей выборке из И, последних сглаженных отсчетов х, измеренного параметра пучка, т,е. у 5; Ц =б;, причем 6;6, где б, - априорная оценка минимальной среднеквадратической ошиб(3) где0;, (И - 1) - заранее записанные в блок 7 постоянной памяти значения 1 - процентных критических точек -распределения Стьюдента с фиксированным числом К - 1 степеней свободы при варьируемых по индексу 3 различных уровнях значимостипричем для всех 1 = 1, 2, ,К величина Я1 А. Здесь К - число адресов у блока 7, поскольку согласно проводимому тесту стационар- ности после каждых М циклов ускорения из заранее выбранной последовательности различных значений (Ио - 1)1 каждый раз ищется та наименьшая с 0, (М - 1) криминтическая точка доверительного интер" вала, для которой условие (3) все еще выполняется.Как только после каждых М циклов ускорения блоком 6 фиксируется выполнение условия (3), производится блокировка дальнейшей выработки блоком 11 тактовых импульсов, подсчитывавшихся адресным счетчиком 8, Сформированный к этому моменту времени двоичный код с разрядных выходов адресного счетчика 8 поступает на управляющий вход адаптивного регулирования параметра сглаживания о; = 1/и; сглаживающего фильтра усреднителя 2. В результате на информационном выходе 15 формируется на основе учета И; последних сглаженных отсчетов К; - К + 1 (где К = 1,2, М,) очередной 1.-й сигнал краткосрочного прогноза по пучку, значение 25 30 35 40 45 50 5 13После каждых М циклов ускоренияблоком 3 (фиг, 1) в соответствии с Рекуррентным алгоритмом (1)при заранее выбранном фиксированном значении параметра сглаживания од = 1/и, где и = 0,5(КО + 1), вычисляется обновленное значение Е; дк 1 экспоненциальной средней первого порядка Е; ах= оС, ЬХ;+ (1 -о)Е;, дк для последовательности ошибок сигнала прогноза по пучку ЬК;, определенным соотношением ки измерения контуром 1 контролируе" мого параметра пучка при стационарном режиме работы ускорителя, которая, в свою очередь, предопределяетвыбор надлежащего значения МоТаким образом, после каждых Мциклов ускорения на информационном выходе блока 5 деления модулей входных сигналов формируется скользящая оценка Я; = ( Е,дс "1 (р Е; 5. Соответственно, классификация по тесту стационарности полученной скользящей оценки Б; производится с помощью блока 6 сравнения по двустороннему критерию Стьюдента с (И - 1) степенями свободы:99904 8вания резонансных свойств магнитоиндукционных с обратной связью датчиков амплитуды или формы ускоряемого пучка путем оптимизации после 5каждых М циклов ускорения глубинызаводимой на датчик отрицательнойобратной связи для повышения точности и помехозащищенности измерений,10 формула изобретения Здесь С Одоп(1; - 1 представ ляет собой Я-процентный предел доверительного интервала по распределению Стьюдента с М; - 1 степенями свободы, подбираемыми для выполнения указанных условий, а величина амин (2 п м - 1) - априорная оценка минимально допустимой для данного измерительного контура величины безразмерного дискретного временного масштаба для сглаживания неконтро 35 лируемой высокочастотной составляющей дрейфа (измеряемого) параметра пучка, где Ы,= 1/и, - максимально допустимая величина параметра экспоненциального сглаживания для формирования сигнала прогноза Е;1 к"1 в условиях невозможности полного удовлетворения условий (4).Окончательно полученный таким образом сигнал Е 1 к 1 краткосрочного145 прогноза по пучку преобразуется блоком 9 по соответствующему для данного измерительного контура 1 закону в управляющий сигнал настройки, по которому с помощью испол 50 нительного элемента 10 в течение последующих М циклов ускорения режим настройки измерительного контура 1 поддерживают соответственно ожидаемой величине контролируемого параметра пучка. Например, при такой самонастройке измерительного контура 1 на ожидаемую величину 1 с; обеспечивается возможность регулироАое т1 мин - 111 11 макс ) 1 Ч ( 1 с ОфМмоос где д55 7 13 которого Е,с дает точечную оценку ожидаемой для последующих М циклов ускорения величины контролируемого параметра пучка с максимально допустимой для данного измерительного контура 1 доверительной вероятностью Р= (1 - 2(о)е При этом оптимальную глубину памяти к предыстории режима работы соответствующей подсистемы ускорителя, т.е. искомое значение И; = 2 п, - 1, выбирают как то наибольшее значение Х, мос из наперед заданных Р дискретных значений И , для которогО 1= 11 1 монс все еще может соответствовать усло- виям 1. Способ диагностики параметров пучка циклического ускорителя заряженных частиц, включающий измерение параметров пучка с помощью измерительного контура и получение сглаженных отсчетов измеренного параметра за выбранное для данного ускорителя число последних циклов ускорения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, после получения каждого сглаженного отсчета в паузах между циклами перестраивают измерительный контур на ожидаемую величину контролируемого параметра пучка, которую находят в виде экспоненциально взвешенного скользящего среднего значения последних сглаженных Отсчетов, число которых при последующей перестройке измерительного контура на ожидаемую величину уменьшают при усилении сложившейся к этому моменту времени тенденции отклонения сглаженных отсчетов измеренного параметра от ожидавшегося значения для каждого из них и увеличивают при осяаблении тенденции этого отклонения, а контроль тенденции отклонения осуществляют по двустороннему тесту стационарности для выбранного на данном ускорителе фиксированного объема скользящей выборки из ошибок прогноза для последних сглаженных Отсчетов измеренного параметра пучка, при выполнении следующих условий: порядковый номер перестройки измерительвого контура(1 = 1, 2, 3 ),число сглаженных отсчетов, по которым получают ожидае 1399904мую величину контролируемогопараметра пучка,И - заранее выбранное фиксированное (для данного ускорителячисло последних сглаженныхотсчетов, ошибки прогнозакоторых подвергают тесту стационарности,- максимально допустимый для 1 Оданного измерительного контура уровень значимости приклассификации ошибок прогноза последних сглаженных отсчетов измеренного параметрапучка по тесту стационарности;априорная оценка минимально Аопдопустимого для данного измерительного контура уровнязначимости для классификацииконтролируемого параметрапучка по тесту стационарности; 3 - априорная оценка максимальной максдля данного ускорителя величины интервала корреляцииконтролируемого параметрапучка в дискретном временноммасштабе получения его сглаженных отсчетов;Им - априорная оценка минимальнодопустимой для данного измерительного контура величиныдискретного временного масштаба для сглаживания неконтролируемой высокочастотнойсоставляющей дрейфа контролируемого параметра пучка. 2, Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что при выполнении условия М, ( Ио к моменту перестройки измерительного контура, увеличивают число циклов для последующей перестройки измерительного контура.1399904 О,З Составитель В.КраснопольскийТехред Л,Олийнык Корректор Л.Пилипенко Редактор Е.Копча Заказ 2678/57 Тираж 832 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб, д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4