CN117580236A - 一种afc控制中估计afca和afcb信号幅度的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及驻波直线加速器技术领域，具体涉及一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，包括混合环单元、高速采集单元、数据处理单元和电机调控单元；混合环单元用于将输入的前向波和反向波信号进行阻容后在‑90°和+90°两个角度上进行信号矢量合成，再进行包络检波后生成模拟量的AFCA和AFCB信号；高速采集单元用于获取高频的模拟量的AFC信号，将模拟量信号转换为数字量信号生成数字量的AFCA和AFCB信号；数据处理单元用于获取高速采集单元的数字量信号，对数据进行处理，并计算出最终的控制调节信号，驱动电机调控单元；本发明采用基于FFT算法自动估计采样时刻，采用多点平均的办法，提高对噪声的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及驻波直线加速器技术领域，尤其涉及一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备；
背景技术
在驻波直线加速器中，需要驻波加速管的谐振频率f0与功率源磁控管的输出频率相等，否则，加速器的剂量率会下降，甚至不能正常工作，AFC(Auto Frequency Control)的作用就是使磁控管的输出频率始终与加速管的谐振频率f0相等；
现有的AFC系统如附图1所示，由衰减器、混合环、可调移相器、控制电路组成，AFC系统的工作原理是：在谐振时，AFCA信号的幅度等于AFCB信号的幅度，当频率发生偏移时，AFCA、AFCB会产生幅度差，控制电路根据这两个信号的幅度差值，控制调谐电机转动，进而调整磁控管的输出频率，使其匹配加速管的谐振频率；目前的控制电路如附图2所示，估计AFCA，AFCB信号幅度时，需要馈入触发信号，然后人工设置延时器的延时量以确保采样时刻位于AFCA，AFCB的中部位置，幅度的准确度与采样时刻强相关，产品品质一致性难以保证，同时作差电路只用一个时刻点的值做差值，容易收到噪声干扰；
发明内容
本发明的目的在于提供一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，采用基于FFT算法自动估计采样时刻，采用多点平均的办法，提高对噪声的抗干扰能力。
为实现上述目的，本发明提供了一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，包括混合环单元、高速采集单元、数据处理单元和电机调控单元；
所述高速采集单元和所述混合环单元连接，所述数据处理单元和所述高速采集单元连接，所述电机调控单元和所述数据处理单元连接；
其中，所述混合环单元用于将输入的前向波和反向波信号进行阻容后在-90°和+90°两个角度上进行信号矢量合成，再进行包络检波后生成模拟量的AFCA和AFCB信号，AFCA和AFCB信号的变化持续时间为4微秒；
其中，所述高速采集单元用于获取高频的模拟量的AFC信号，通过高速的A/D转换芯片，将模拟量信号转换为数字量信号生成数字量的AFCA和AFCB信号，并将数字量信号传递给所述数据处理单元；
其中，所述数据处理单元用于获取所述高速采集单元的数字量信号，对数据进行处理，并计算出最终的控制调节信号，驱动所述电机调控单元；
其中，所述电机调控单元用于控制电机运动方向驱动电路；
其中，所述混合环单元包括前向波阻容电路子单元、反向波阻容电路子单元、相位合成电路子单元和包络检波电路子单元；所述相位合成电路子单元分别与所述前向波阻容电路子单元、所述反向波阻容电路子单元连接，所述包络检波电路子单元和所述相位合成电路子单元连接。
其中，所述前向波阻容电路子单元用于对输入的前向波信号进行阻容，并将阻容后的前向波信号发送给所述相位合成电路子单元。
其中，所述反向波阻容电路子单元用于对输入的反向波信号进行阻容，并将阻容后的反向波信号发送给所述相位合成电路子单元。
其中，所述相位合成电路子单元用于将阻容后的前向波信号和反向波信号进行在-90°和+90°两个角度上进行信号矢量合成，并将矢量合成后的前向波信号和反向波信号发送给所述包络检波电路子单元。
其中，所述包络检波电路子单元用于将矢量合成后的前向波信号和反向波信号进行包络检波，生成模拟量的AFCA和AFCB信号。
本发明的一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，所述混合环单元101包括前向波阻容电路子单元105、反向波阻容电路子单元106、相位合成电路子单元107和包络检波电路子单元108；所述相位合成电路子单元107分别与所述前向波阻容电路子单元105、所述反向波阻容电路子单元106连接，所述包络检波电路子单元108和所述相位合成电路子单元107连接。所述前向波阻容电路子单元105用于对输入的前向波信号进行阻容，并将阻容后的前向波信号发送给所述相位合成电路子单元。所述反向波阻容电路子单元106用于对输入的反向波信号进行阻容，并将阻容后的反向波信号发送给所述相位合成电路子单元。所述相位合成电路子单元107用于将阻容后的前向波信号和反向波信号进行在-90°和+90°两个角度上进行信号矢量合成，并将矢量合成后的前向波信号和反向波信号发送给所述包络检波电路子单元。所述包络检波电路子单元108用于将矢量合成后的前向波信号和反向波信号进行包络检波，生成模拟量的AFCA和AFCB信号。通过所述高速采集单元102获取高频的模拟量的AFCA和AFCB信号，通过高速的A/D转换芯片，将模拟量信号转换为数字量信号生成数字量的AFCA和AFCB信号，并将数字量信号传递给所述数据处理单元103；所述数据处理单元103用于获取所述高速采集单元102的数字量信号，对数据进行处理，并计算出最终的控制调节信号，驱动所述电机调控单元104；所述电机调控单元104用于控制电机运动方向驱动电路。本发明基于16点FFT，DC值和一次谐波作为采集数据幅度值的大小判断方式，实现自动估计取样时刻，采用8点平均的办法，提高对噪声的抗干扰能力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍；
图1是现有的AFC系统的结构示意图；
图2是现有的控制电路的结构示意图；
图3是电机不需要调整状态下的AFCA和AFCB的数据示意图；
图4是电机需要调整状态下的AFCA和AFCB的数据示意图；
图5是本发明应用在AFC系统上的结构示意图；
图6是本发明的一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备的结构示意图；
图7是本发明的混合环单元的结构示意图；
图8是本发明的高速采集单元采集的AFCA数字量动态数据的示意图；
图9是本发明的高速采集单元采集的AFCB数字量动态数据的示意图。
101-混合环单元、102-高速采集单元、103-数据处理单元、104-电机调控单元、105-前向波阻容电路子单元、106-反向波阻容电路子单元、107-相位合成电路子单元、108-包络检波电路子单元。
具体实施方式
本发明提供一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，包括混合环单元101、高速采集单元102、数据处理单元103和电机调控单元104；通过前述方案采用基于FFT算法自动估计采样时刻，采用多点平均的办法，提高对噪声的抗干扰能力。
针对本具体实施方式，包括混合环单元101、高速采集单元102、数据处理单元103和电机调控单元104；
所述高速采集单元102和所述混合环单元101连接，所述数据处理单元103和所述高速采集单元102连接，所述电机调控单元104和所述数据处理单元103连接；所述混合环单元101用于将输入的前向波和反向波信号进行阻容后在-90°和+90°两个角度上进行信号矢量合成，再进行包络检波后生成模拟量的AFCA和AFCB信号，AFCA和AFCB信号的变化持续时间为4微秒；所述高速采集单元102用于获取高频的模拟量的AFC信号，通过高速的A/D转换芯片，将模拟量信号转换为数字量信号生成数字量的AFCA和AFCB信号，并将数字量信号传递给所述数据处理单元103；所述数据处理单元103用于获取所述高速采集单元102的数字量信号，对数据进行处理，并计算出最终的控制调节信号，驱动所述电机调控单元104；所述电机调控单元104用于控制电机运动方向驱动电路。
其中，所述混合环单元101包括前向波阻容电路子单元105、反向波阻容电路子单元106、相位合成电路子单元107和包络检波电路子单元108；所述相位合成电路子单元107分别与所述前向波阻容电路子单元105、所述反向波阻容电路子单元106连接，所述包络检波电路子单元108和所述相位合成电路子单元107连接。
所述前向波阻容电路子单元105用于对输入的前向波信号进行阻容，并将阻容后的前向波信号发送给所述相位合成电路子单元。
所述反向波阻容电路子单元106用于对输入的反向波信号进行阻容，并将阻容后的反向波信号发送给所述相位合成电路子单元。
所述相位合成电路子单元107用于将阻容后的前向波信号和反向波信号进行在-90°和+90°两个角度上进行信号矢量合成，并将矢量合成后的前向波信号和反向波信号发送给所述包络检波电路子单元。
所述包络检波电路子单元108用于将矢量合成后的前向波信号和反向波信号进行包络检波，生成模拟量的AFCA和AFCB信号。
在使用本发明时，通过高速采集单元102采集的AFC数字量动态数据，并采用移位方式实时写入处理器的缓存RegAFCA寄存器中，其采用16点FFT实时计算AFCA信号的DC值和一次谐波的频谱，根据DC值和一次谐波频谱的幅度关系来判断寄存器链中是否移进了完整的AFCA的波形，当满足条件：Max{Real{X[0]}/Real{X[1]}}时，使能RegAFCA寄存器，保存Reg4到Reg11的算数平均值；这个值就是AFCA的幅度估计值；FCB的过程与AFCA类似，设备开始采集数据时，将采集的数据代入FFT公式：
其中n为采用点数n＝16，x(n)为采样数据为寄存器中的数据，只获取Real{X[0]}和Real{X[1]}，做比较并存入寄存器数字中REGy(使用16个寄存器)，通过动态采集数据更新x(n)，并计算Real{X[0]}和Real{X[1]}发的比值，最终获取REGy中做大的值，通过这个值获取对应的x的16个数据Reg，将其中的Reg4到Reg11的算数平均值，AFC的幅度估计值，即可得到AFCA和AFCB的幅度值，通过AFCA与AFCB的幅度估计值做差值，当差值大于设定调整精度0.5％，对应输出给控制调节电机电路驱动电机运动参数。
本发明的一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，所述混合环单元101包括前向波阻容电路子单元105、反向波阻容电路子单元106、相位合成电路子单元107和包络检波电路子单元108；所述相位合成电路子单元107分别与所述前向波阻容电路子单元105、所述反向波阻容电路子单元106连接，所述包络检波电路子单元108和所述相位合成电路子单元107连接。所述前向波阻容电路子单元105用于对输入的前向波信号进行阻容，并将阻容后的前向波信号发送给所述相位合成电路子单元。所述反向波阻容电路子单元106用于对输入的反向波信号进行阻容，并将阻容后的反向波信号发送给所述相位合成电路子单元。所述相位合成电路子单元107用于将阻容后的前向波信号和反向波信号进行在-90°和+90°两个角度上进行信号矢量合成，并将矢量合成后的前向波信号和反向波信号发送给所述包络检波电路子单元。所述包络检波电路子单元108用于将矢量合成后的前向波信号和反向波信号进行包络检波，生成模拟量的AFCA和AFCB信号。通过所述高速采集单元102获取高频的模拟量的AFCA和AFCB信号，通过高速的A/D转换芯片，将模拟量信号转换为数字量信号生成数字量的AFCA和AFCB信号，并将数字量信号传递给所述数据处理单元103；所述数据处理单元103用于获取所述高速采集单元102的数字量信号，对数据进行处理，并计算出最终的控制调节信号，驱动所述电机调控单元104；所述电机调控单元104用于控制电机运动方向驱动电路。本发明基于16点FFT，DC值和一次谐波作为采集数据幅度值的大小判断方式，实现自动估计取样时刻，采用8点平均的办法，提高对噪声的抗干扰能力。
以上所揭露的仅为本申请一种或多种较佳实施例而已，不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，其特征在于，
包括混合环单元、高速采集单元、数据处理单元和电机调控单元；
所述高速采集单元和所述混合环单元连接，所述数据处理单元和所述高速采集单元连接，所述电机调控单元和所述数据处理单元连接。
2.如权利要求1所述的一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，其特征在于，
所述混合环单元用于将输入的前向波和反向波信号进行阻容后在-90°和+90°两个角度上进行信号矢量合成，再进行包络检波后生成模拟量的AFCA和AFCB信号，AFCA和AFCB信号的变化持续时间为4微秒。
3.如权利要求2所述的一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，其特征在于，
所述高速采集单元用于获取高频的模拟量的AFC信号，通过高速的A/D转换芯片，将模拟量信号转换为数字量信号生成数字量的AFCA和AFCB信号，并将数字量信号传递给所述数据处理单元。
4.如权利要求3所述的一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，其特征在于，
所述数据处理单元用于获取所述高速采集单元的数字量信号，对数据进行处理，并计算出最终的控制调节信号，驱动所述电机调控单元。
5.如权利要求4所述的一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，其特征在于，
所述电机调控单元用于控制电机运动方向驱动电路。
6.如权利要求5所述的一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，其特征在于，
所述混合环单元包括前向波阻容电路子单元、反向波阻容电路子单元、相位合成电路子单元和包络检波电路子单元；所述相位合成电路子单元分别与所述前向波阻容电路子单元、所述反向波阻容电路子单元连接，所述包络检波电路子单元和所述相位合成电路子单元连接。
7.如权利要求6所述的一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，其特征在于，
所述前向波阻容电路子单元用于对输入的前向波信号进行阻容，并将阻容后的前向波信号发送给所述相位合成电路子单元。
8.如权利要求7所述的一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，其特征在于，
所述反向波阻容电路子单元用于对输入的反向波信号进行阻容，并将阻容后的反向波信号发送给所述相位合成电路子单元。
9.如权利要求8所述的一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，其特征在于，
所述相位合成电路子单元用于将阻容后的前向波信号和反向波信号进行在-90°和+90°两个角度上进行信号矢量合成，并将矢量合成后的前向波信号和反向波信号发送给所述包络检波电路子单元。
10.如权利要求9所述的一种AFC控制中估计AFCA和AFCB信号幅度的设备，其特征在于，
所述包络检波电路子单元用于将矢量合成后的前向波信号和反向波信号进行包络检波，生成模拟量的AFCA和AFCB信号。
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