CN103064039B - 中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于回旋加速器磁场测量技术，具体涉及一种中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法。该方法的测量点定位采用周向运动与径向运动结合的定位方式，周向运动采用步进马达驱动，径向运动采用伺服马达驱动，控制算法上采用贪心算法与最优算法结合的方式，确保测量精度满足计算要求。本发明所述的高精度驱动方法解决了中能回旋加速器磁场测量时间长、精度低的问题，能够在较短时间内完成磁场高精度测量工作。
Description
技术领域
本发明属于回旋加速器磁场测量技术，具体涉及一种中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法。
背景技术
中能紧凑型回旋加速器用来引出稳定束流，束流运动需要等时性磁场的约束。为提供等时性磁场，需对加速器进行磁场测量。根据测得数据进行磁场垫补，使磁场满足束流动力学要求。目前，回旋加速器磁场测量定位方式普遍采用圆周运动角度定位，一圈一圈进行磁场测量，这就需要使用角度编码器。但是，角度编码器对外界振动非常敏感，导致定位时间较长，且精度不高，如转动圈数较多，会浪费大量时间在高精度定位上，使总体测量时间大幅增加。而且长时间测量，磁场会受到环境（温度、湿度、振动、噪音、空气气流等）变化影响，会降低测得数据的准确性。此外，由于磁场分布复杂，梯度变化大，位置的高精度控制显得非常重要。如果精度不高，差万分之一，也会导致磁场不满足束流动力学要求，最终无法调出束流。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法，解决中能回旋加速器磁场测量时间长、精度低的问题。
本发明的技术方案如下：一种中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法，包括如下步骤：
（1）将安装有霍尔探头的转动臂保持在当前目标角度位置；
（2）通过伺服马达驱动转动臂上的霍尔探头沿磁铁中心平面的径向从平面中心位置到最大半径位置按照固定步距进行径向运动，在每一个测量点停留并读取数据；
（3）测完一条径向上所有位置的测量点后，沿径向返回平面中心位置；
（4）通过步进马达驱动转动臂，在高精度算法控制下精确转动到下一个目标角度；
（5）重复步骤（1）-（4），直到完成整个磁场的测量。
进一步，如上所述的中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法，步骤（2）中在每个测量点停留的时间为2秒，读取的数据包括：磁场强度值、角度读数、径向位置读数。
进一步，如上所述的中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法，步骤（2）中伺服马达通过拖带带动滑动块，霍尔探头设在滑动块上，实现沿转动臂的直线运动。
进一步，如上所述的中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法，步骤（4）中通过步进电机驱动小齿轮，带动与小齿轮啮合的大齿轮转动，从而驱动转动臂转动到下一个目标角度。
进一步，如上所述的中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法，步骤（4）中所述的高精度算法包括贪心算法与最优算法两部分，贪心算法中当前线程认为每次运动都是准确无误的，待本次运动结束后判断当前位置是否满足精度要求，如果满足，则说明本次运动完成，如果不满足，重新运动，直到满足当前位置精度要求；最优算法中通过另一线程的系统级高精度定时器，定时检测当前位置是否满足位置精度要求，如满足，则立即停止当前运动；两个算法的线程相互协作，保证快速达到要求精度。
本发明的有益效果如下：本发明的磁场测量定位采用周向运动与径向运动结合的方式，整个磁场测量过程中周向只需转动一圈，以高精度控制算法为依托，每转动一个角度，进行一次径向运动，按照设定步距依次测量径向上各个目标点的磁场值，一次径向运动位移为磁极半径长度。当周向转动一圈后，完成整个磁场测量任务。周向运动采用步进马达能够解决周向定位过程中的震荡及飘移，径向运动采用伺服马达可以从硬件上提高测量精度。控制算法采用双重优化算法是为了从软件算法上提供高精度支持。本发明所述的高精度驱动方法解决了中能回旋加速器磁场测量时间长、精度低的问题，能够在较短时间内完成磁场高精度测量工作。
附图说明
图1为磁场测量高精度驱动方法原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
图1示出了本发明一种中能回旋加速器磁场测量高精度驱动方法的示意图，通过该方法能够在较短时间内完成磁场高精度测量工作。该方法主要包括以下步骤：
步骤S1，将安装有霍尔探头的转动臂4保持在当前目标角度位置。
霍尔探头设在转动臂的滑动块上，伺服马达可通过拖带带动滑动块沿转动臂进行直线运动。
步骤S2，通过伺服马达驱动转动臂4上的霍尔探头沿磁铁中心平面1的径向从平面中心位置到最大半径位置按照固定步距进行径向运动，在每一个测量点停留并读取数据。
每个测量点停留的时间为2秒，读取的数据包括：磁场强度值、角度读数、径向位置读数。径向运动采用伺服马达是为了从硬件上提高测量精度。
步骤S3，测完一条径向上所有位置的测量点后，沿径向返回平面中心位置。
返回的过程不需要测量数据，伺服马达带动滑动块直接返回即可。
步骤S4，通过步进马达驱动转动臂，在高精度算法控制下精确转动到下一个目标角度。周向运动采用步进马达是为了解决周向定位过程中的震荡及飘移，从硬件上提高测量精度。
作为具体的实施例，周向运动通过步进电机驱动小齿轮3，带动与小齿轮啮合的大齿轮2转动，大齿轮2进而驱动转动臂4转动到下一个目标角度。
所述的高精度算法采用双重优化算法是为了从软件算法上提供高精度支持。算法由两部分组成，一部分利用贪心原理，当前线程认为每次运动都是准确无误的，待本次运动结束后判断当前位置是否满足精度要求。如果满足，则说明本次运动完成；如果不满足，重新运动，直到满足当前位置精度要求。另一部分利用最优原理，通过另一线程的系统级高精度定时器，定时检测当前位置是否满足位置精度要求，如满足，则立即停止当前运动。两个线程相互协作，保证快速达到要求精度。贪心算法与最优算法均为本领域的公知技术。
步骤S5，重复步骤S1-S4，直到完成整个磁场的测量。
经过实验证实，上述通过高精度驱动方法实现短时间内高精度磁场测量,与同类技术相比驱动方式上有所不同，采用周向与径向运动结合的定位方式，性能上具有测量精度高、测量时间短的优越性，且全程无需人员干预，实现完全自动化，能够广泛应用于其他测量领域。
以上内容是结合优选的实施例对本发明所做的具体说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于这些说明。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法，包括如下步骤：
(1)将安装有霍尔探头的转动臂保持在当前目标角度位置；
(2)通过伺服马达驱动转动臂上的霍尔探头沿磁铁中心平面的径向从平面中心位置到最大半径位置按照固定步距进行径向运动，在每一个测量点停留并读取数据；
(3)测完一条径向上所有位置的测量点后，沿径向返回平面中心位置；
(4)通过步进马达驱动转动臂，在高精度算法控制下精确转动到下一个目标角度；所述的高精度算法包括贪心算法与最优算法两部分，贪心算法中当前线程认为每次运动都是准确无误的，待本次运动结束后判断当前位置是否满足精度要求，如果满足，则说明本次运动完成，如果不满足，重新运动，直到满足当前位置精度要求；最优算法中通过另一线程的系统级高精度定时器，定时检测当前位置是否满足位置精度要求，如满足，则立即停止当前运动；两个算法的线程相互协作，保证快速达到要求精度；
(5)重复步骤(1)-(4)，直到完成整个磁场的测量。
2.如权利要求1所述的中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法，其特征在于：步骤(2)中在每个测量点停留的时间为2秒，读取的数据包括：磁场强度值、角度读数、径向位置读数。
3.如权利要求1或2所述的中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法，其特征在于：步骤(2)中伺服马达通过拖带带动滑动块，霍尔探头设在滑动块上，实现沿转动臂的直线运动。
4.如权利要求1所述的中能紧凑型回旋加速器磁场测量高精度驱动方法，其特征在于：步骤(4)中通过步进电机驱动小齿轮，带动与小齿轮啮合的大齿轮转动，从而驱动转动臂转动到下一个目标角度。
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