【摘 要】
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华中科技大学脉冲强磁场中心建设了一套100T脉冲强磁场实验装置。为了实现100T高强度磁场,需要开发和研制一个中央控制系统,实现三个电源系统联合放电。由于实验放电时间极短,放
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华中科技大学脉冲强磁场中心建设了一套100T脉冲强磁场实验装置。为了实现100T高强度磁场,需要开发和研制一个中央控制系统,实现三个电源系统联合放电。由于实验放电时间极短,放电过程中会产生大电流、高电压,因此对中央控制系统的实时性、高效性、稳定性、安全性提出了极高的要求。本文针对100T放电实验要求,设计和研制了一套功能齐全的中央控制系统,主要研究内容如下: 根据脉冲强磁场实验环境和装置构造,分析了100T脉冲强磁场放电实验需求,开展了中央控制系统功能研究和结构设计,给出了放电时序的完整方案,提出了控制系统的主要功能是触发、监视、采集、保护,并对其实时性、可靠性、安全性提出了较高的要求。详细阐述了中央控制系统的硬件结构和设计思路,介绍了时序控制系统、信号采集系统、电源系统的设计原理和器件选型,并详细分析了多级时序控制信号产生和传输的实现。给出了时序控制系统硬件选型原因,并针对NICompact RIO中FPGA的可重构性,对时序的触发和多级控制进行了分析和研制。 给出了系统软件构架,提出了软件体系分层设计模式。详述了上位机主程序、RT终端主程序、FPGA底层主程序的设计和编程思想,给出了各个功能实现的设计思路和方案,提出了状态机和FIFO队列模式的编程思想,实现了中央控制系统的实时触发采集、设备状态监测、故障处理等功能。中央控制界面功能齐全,简洁美观,简化了实验的操作流程,保障了系统的安全可靠。 实验开展了通讯测试、时序测试、电流信号测试、故障处理测试、多级时序联合放电测试等实验测试项目。根据实验结果,进一步验证了中央控制系统的实时性、可靠性、安全性。中央控制系统实现了脉冲触发、设备状态实时监测的目的,有效地采集放电电流波形,能够实时监测实验过程中的故障并及时做出最有效的处理,保障了实验设备和实验人员的安全。
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