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欧洲核子研究中心:达到前所未有的能量从粒子对撞机与纳米精度控制

“该系统的Speedgoat是直观的使用。与MathWorks产品的兼容性使得它成为运动控制测试的用户友好,功能强大的工具。”

大卫Tshilumba,欧洲核子研究中心研究员,材料与机械工程科,CERN

CERN使用的Speedgoat产品开发为下一代粒子加速器粒子束对准控制器。利用这种纳米精度,新直线对撞机将从电子和正电子碰撞达到前所未有的能量。

用户故事的名称

欧洲核子研究组织(CERN)是粒子物理学的一个领先的国际研究机构。欧洲核子研究中心的博士项目“粒子加速器组件的计量和纳米尺度校准”(PACMAN)旨在提高下一代粒子加速器安装组件校准的准确性。

紧凑直线对撞机

紧凑直线对撞机

紧凑型直线对撞机(CLIC)是粒子对撞机将从电子的碰撞和其反物质双胞胎,正电子达到前所未有的能量。不同于圆形机,直线对撞机不脱离其导致不期望的能量损失同步加速器辐射遭受。

CLIC将操作电子束纳米尺寸和在纳米尺度相互作用截面产生碰撞的高密度。机器的整体尺寸将是大约48公里长,每个面对彼此的约24公里两个直区段。沿着机器安装在4000四极磁体将聚焦光束。

PACMAN原型

为了证明为四极磁体活动位置控制,吃豆工程师开发一个原型执行下列与众不同的任务:

  1. 纳米定位:为了补偿隧道内的温度变化和地面的低频移动,纳米级的调整是根据波束位置监视器和连接到每个磁体的线性编码器的输入进行的。
  2. 磁体隔振:互补于纳米定位,致动器稳定磁体,尽管从水冷却系统的地面运动和振动。
  3. 基于射束的取向:对齐基于来自光束位置监测器测量,并且使用导频光束作为参考光束。

为了保证碰撞的高密度,两大挑战是必须解决的问题:第一个是加速的关键部件的紧密对齐宽容,二是四极磁体的控制。吃豆子团队使用的Speedgoat实时解决方案来应对控制的挑战。

PACMAN原型

仿真与测试

PACMAN团队使用了一个Speedgoat性能实时目标机来比较几种纳米定位控制策略的性能。由靶机采集光编码器和应变片的信号,输出用于驱动压电作动器。使用Speedgoat系统的数据记录功能,数据被记录在紧凑的文件中,并很容易转移到笔记本电脑进行进一步处理。

PACMAN的工程师能够轻松地设计和集成反馈控制器,从而快速优化系统的阶跃响应时间。在外部模式下运行模型时,使用Simulink模块中的MATLAB可调参数调优控制器非常有效。他们发现主动阻尼和比例积分反馈控制相结合,与单独的经典比例积分反馈控制相比,阶跃响应时间减少了五分之一。

CERN
CH-1211日内瓦23
瑞士

https://home.cern

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