System pomiarowo-kontrolny dla nadprzewodzącej, mikrofalowej wnęki rezonansowej akceleratora tesla i europejskiego lasera xfel

Późniak, T.; Czarski, T. W.; Romaniuk, R. S.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

System pomiarowo-kontrolny dla nadprzewodzącej, mikrofalowej wnęki rezonansowej akceleratora tesla i europejskiego lasera xfel

Autorzy

Późniak T. , Czarski T. W. , Romaniuk R. S.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://ijet.pl/index.php/ijet

Identyfikatory

Warianty tytułu

Simulator and controller for superconductive, microwave, resonant cavity of TESLA accelerator and european xfel

Języki publikacji

Abstrakty

Opisano nowe rozwiązanie zintegrowanego systemu efektywnego, sprzętowego symulatora i kontrolera niobowej, nadprzewodzącej, rezonansowej wnęki mikrofalowej 1,3GHz, o dużej dobroci. System jest przeznaczony dla lasera na swobodnych elektronach i akceleratora e+ - e- TESLA. System zrealizowano na bazie układu programowalnego typu FPGA VirtexII V3000. Model fizyczny wnęki rezonansowej (na podstawie którego opracowano symulator) i schemat układu jej sterowania przygotowano w języku VHDL przy wykorzystaniu sprzętowych elementów mnożących zawartych w serii układów VirtexII. W rezultacie uzyskano implementację pełnego urządzenia symulatora i kontrolera (nazywanego w pracy systemem SIMCON) pracującego w trybie czasu rzeczywistego, zgodnie z projektem układu sterowania wnęk rezonansowych akceleratora TESLA. Opisano, w szczególności, warstwę funkcjonalną systemu oraz scharakteryzowano działanie poszczególnych bloków wykonawczych zaimplementowanych w układzie FPGA. Przedstawiono strukturę funkcjonalną oraz sprzętową implementację warstwy komunikacyjnej. Zamieszczono wybrane przykłady działania, uzyskane na bazie monitoringu procesów czasu rzeczywistego. Opisany system jest przeznaczony do uruchamianego lasera na swobodnych elektronach dla zakresu VUV, zastępując z powodzeniem poprzednią generację analogowych układów sterowania akceleratorów. Testowany jest także w układach pomiarowych pojedynczych, ośmio-wnękowych segmentów nadprzewodzącego akceleratora liniowego. Jest to jedna z pierwszych pełnych realizacji wdrożonego systemu pomiarowo-kontrolnego akceleratora wykorzystująca możliwości układu FPGA posiadającego rozbudowaną warstwę cyfrowego przetwarzania sygnałów (DSP).

The work describes a new, integrated, effective, hardware system of 1,3GHz microwave, very high finesse, cavity simulator and controller (referred to as the Simcon system). The resonant, superconducting, niobium cavity under consideration is a part of the free electron laser and the e+ -e- linear TESLA accelerator. The system was realized with the aid of a programmable FPGA chip of VirtexII V3000 series. The physical model of the resonant cavity (on which rests the simulator idea) and the circuit layout of its control, as well as the feedback and auxiliary circuits (prepared in agreement with the accelerator requirements) were done in the VHDL language. The design has incorporated hardware multiplication units present inside the VirtexII series of chips. The multiplication units were used to build a DSP subsystem. As a result, a hardware implementation of the full superconducting cavity simulator and contraller device was obtained, working in the real time, in accordance with the control system of the TESLA accelerator. In particular, the paper presents functional layer of the SIMCON system, and characterizes work of individual executing blocks, which were implemented in the FPGA chip. A functional structure and hardware implementation of the communication layer was presented. Chosen examples of the system performance were quoted, basing on monitoring of the real-time processes. The described system is projected for free electron, VUV laser under construction, and will replace in an evolutionary way, a previous analog generation of the accelerator control system. It is also tested in the measurement setups for single cavity units of the superconducting linear accelerator. According to the current knowledge of the authors, it is one of the first, realizations of the accelerator control systems, using the possibilities of the FPGA chip equipped with embedded, extended DSP feasibilities.

Słowa kluczowe

laser na swobodnych elektronach nadprzewodzący akcelerator liniowy nadprzewodząca, mikrofalowa wnęka rezonansowa symulator wnęki rezonansowej system sterowania wnęki rezonansowej system sterowania akceleratora radioelektroniczny, niskopoziomowy system sterowania monitoring pracy mikrofalowej wnęki rezonansowej układy FPGA układy DSP układy Virtex-Xilinx język VHDL

free electron laser superconducting, linear accelerator superconducting, microwave, resonant cavity cavity simulator cavity controller accelerator contral systems low level radio frequency control systems (LLRF) cavity monitoring FPGA chips DSP chips VHDL Xilinx

Wydawca

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Czasopismo

Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji

Rocznik

2005

Tom

Vol. 51, z. 1

Strony

175--210

Opis fizyczny

Bibliogr. 16 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Późniak T.

Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Nowowiejska 15/19, 00-665 Warszawa

autor

Czarski T. W.

Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Nowowiejska 15/19, 00-665 Warszawa

autor

Romaniuk R. S.

rrom@ise.pw.edu.pl

Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Nowowiejska 15/19, 00-665 Warszawa

Bibliografia

1. TESLA Design Report, VII Volumes, DESY 2003, Hamburg.
2. T. Schilcher: Vector Sunt Control of Pulsed Accelerating Fields in Lorentz. Force Detuned Superconducting Cavities. Ph. D. thesis, Hamburg Universitaet, 1998.
3. T. Czarski, R. S. Romaniuk, К. T. Poźniak, S. Simrock: Cavity Control System Essential Modeling For TESLA Linear Accelerator. TESLA Technical Note, No 2003- 06, pp. 1-19.
4. T. Czarski, R. S. Romaniuk, К. T. Poźniak, S. Simrock: Cavity Control System, Models Simulations For TESLA Linear Accelerator. TESLA Technical Note, 2003- 08, DESY.
5. T. Czarski, R. S. Romaniuk, K. T. Poźniak, S. Simrock: Cavity Control System, Advanced Modeling and Simulation for TESLA Linear Accelerator. TESLA Technical Note, 2003-09, DESY.
6. K. T. Poźniak, T. Czarski, R. Romaniuk: Functional Analysis of DSP Blocks in FPGA Chips for Application in TESLA LLRF System. TESLA Technical Note, 2003-29, DESY.
7. K. T. Poźniak, R. Romaniuk, K. Kierzkowski: Parameterized Control Layer of FPGA Based Cavity Controller and Simulator for TESLA Test Facility. TESLA Technical Note, 2003-30, DESY.
8. K. T. Poźniak, M. Bartoszek M. Pietrusiński: Internal Interface for RPC Muon Trigger electronics at CMS experiment. Proceedings of SPIE, Photonics Applications II, In Astronomy, Communications, Industry and High Energy Physics Experiments, Vol. 5484, 2004, pp. 126-137.
9. P. Rutkowski, R. Romaniuk, K. Poźniak, T. Jezynski, Р. Рucyk- EL- HEP Lab, ISE - WUT; M. Pietrusiński, Inst. Expt. Physics, Warsaw; S. Simrock - DESY FPGA Based TESLA Cavity SIMCON DOOCS Server Design, Implementation and Application, TESLA Technical Note, 2003-32, pp. 1-18.
10. http://tesla.desy.de/LLRF/ [Witryna systemu starowania akceleratora TESLA].
11. http://www.xilinx.com/ [Witryna Xilinx].
12. http://www.nallatech.com/ [Witryna Nallatech].
13. http://www.beyondlogic.org/epp/ [EPP - opis standardu ].
14. http://xfel.desy.de [Witryna projektu XFEL - rentgenowskiego lasera na swobodnych elektronach].
15. http://tesla.desy.de [Witryna projektu TESLA - technologia akceleratora nadprzewodzącego].
16. http://doocs.desy.de [Witryna systemu DOOCS].

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BWA2-0015-0045