Моделирование и разработка реконфигурируемого пульта управления для плазменных экспериментов с жёсткой синхронизацией в реальном времени

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель данной статьи - представить дизайн и реализацию реконфигурируемого пульта дистанционного управления для проведения плазменных экспериментов с синхронизацией в режиме жёсткого реального времени при джиттере менее 1 микросекунды. Дополнительным требованием к системе многоканальной синхронизации является использование высокоскоростных оптических преобразователей для обеспечения гальванической развязки между мощными модулями установки и дистанционного управления, чтобы исключить любую возможность нарушения работы системы управления физическим экспериментом. Моделирование и разработка программной части пульта дистанционного управления мазером проводились в среде разработки приложений LabVIEW с модулями Real Time и FPGA. Аппаратная часть панели управления реализована на контроллере реального времени, работающем совместно с модулем Xilinx FPGA. Для обеспечения оптической развязки сигналов синхронизации разработаны и изготовлены платы электронно-оптических преобразователей на основе светодиодных лазеров с оптоволоконными выводами. Программа управления реализована в двухмодульной архитектуре с приложением HOST и приложением FPGA, которые обмениваются данными по сети 1000BASE-T Ethernet.

Об авторах

В. В. Андреев

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: andreev-vv@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-2654-6752

Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Assistant professor of Institute of Physical Research and Technology

ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, 117198, Россия

Д. В. Чупров

Российский университет дружбы народов

Email: chuprov-dv@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-6768-6196

Senior Lecturer of Institute of Physical Research and Technology

ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, 117198, Россия

Список литературы

  1. K. Patel, N. Umesh, H. C. Joshi, S. Pathak, K. A. Jadeja, K. Patel, and R. L. Tanna, “LabVIEW-FPGA-based real-time data acquisition system for ADITYA-U heterodyne interferometry,” IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 49, no. 6, pp. 1891-1897, 2021. doi: 10.1109/TPS.2021.3082159.
  2. M. Kim and M. Kwon, “LabVIEW-EPICS interfaces in KSTAR control system,” in Proc. 9th Int. Conf. on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (ICALEPCS’03), Paper MP519, Gyeongju, Korea, Oct. 2003, pp. 87-89.
  3. Y. Ege, M. Kabadayi, O. Kalender, M. Coramik, H. Citak, E. Yuruklu, and A. Dalcali, “A new electromagnetic helical coilgun launcher design based on LabVIEW,” IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 44, no. 7, pp. 1208-1218, 2016. doi: 10.1109/TPS.2016.2575080.
  4. P. S. Korenev, Y. V. Mitrishkin, and M. I. Patrov, “Reconstruction of equilibrium distribution of Tokamak plasma parameters by external magnetic measurements and construction of linear plasma models [Rekonstruktsiya ravnovesnogo raspredeleniya parametrov plazmy Tokamaka po vneshnim magnitnym izmereniyam i postroyeniye lineynykh plazmennykh modeley],” Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, vol. 17, 4 2016, in Russian. doi: 10.17587/mau.17.254-266.
  5. L. Giannone et al., “Real time magnetic field and flux measurements for tokamak control using a multi-core PCI Express system,” in Proc. 25th SOFT, Id. Nr. 367, Rostock, Sep. 2008.
  6. J. H. Lee, S. H. Lee, S. H. Son, W. H. Ko, D. C. Seo, I. Yamada, K. H. Her, J. S. Jeon, and M. G. Bog, “Development of prototype polychromator system for KSTAR Thomson scattering diagnostic,” Journal of Instrumentation, vol. 10, no. 12, p. C12012, Dec. 2015. doi: 10.1088/1748-0221/10/12/c12012.
  7. K. Sharifabadi, L. Harnefors, H.-P. Nee, S. Norrga, and R. Teodorescu, Design, control and application of modular multilevel converters for HVDC transmission systems. John Wiley & Sons, Ltd., 2016.
  8. G. Anda, D. Dunai, M. Lampert, T. Krizsanóczi, J. Németh, S. Bató, Y. U. Nam, G. H. Hu, and S. Zoletnik, “Development of a high current 60 keV neutral lithium beam injector for beam emission spectroscopy measurements on fusion experiments,” Review of Scientific Instruments, vol. 89, no. 1, p. 013503, 2018. doi: 10.1063/1.5004126.
  9. E. Ragonese, N. Spina, A. Parisi, and G. Palmisano, “An experimental comparison of galvanically isolated DC-DC converters: isolation technology and integration approach,” Electronics, vol. 10, p. 1186, 2021. doi: 10.3390/electronics10101186.
  10. C. Budelmann, “Opto-electronic sensor network powered over fiber for harsh industrial applications,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 65, pp. 1170-1177, 2 2018. doi: 10.1109/TIE.2017.2733479.
  11. V. V. Andreev et al., “Gyromagnetic autoresonance plasma bunches in a magnetic mirror,” Physics of Plasmas, vol. 24, no. 9, p. 093518, 2017. doi: 10.1063/1.4986009.
  12. V. V. Andreev, A. A. Novitsky, and D. V. Chuprov, “The use of streak photography, X-ray radiography, and radiometric and spectrometric measurements to study plasma bunches generated under gyroresonant interactions,” Physics of Atomic Nuclei, vol. 82, no. 10, pp. 1404-1413, 2019. doi: 10.1134/S1063778819100016.
  13. M. V. Kuzelev et al., “Plasma relativistic microwave electronics,” Plasma Physics Reports, vol. 27, pp. 669-691, 8 2001. doi: 10.1134/1.1390539.
  14. S. E. Ernyleva, V. O. Litvin, O. T. Loza, and I. L. Bogdankevich, “Promising source of high-power broadband microwave pulses with radiation frequency variable up to two octaves,” Technical Physics, vol. 59, pp. 1228-1232, 8 2014. doi: 10.1134/S1063784214080106.
  15. S. E. Ernyleva and O. T. Loza, “Plasma relativistic microwave noise amplifier with inverse configuration [Plazmennyy relyativistskiy SVCHusilitel’ shuma s inversnoy geometriyey],” Trudy instituta obschey fiziki im. A.M. Prokhorova, vol. 72, pp. 128-133, 2016, in Russian.
  16. A. B. Buleyko, N. G. Gusein-zade, and O. T. Loza, “Plasma masers: status quo and development prospects,” Physics of Wave Phenomena, vol. 26, no. 4, pp. 317-322, 2018. doi: 10.3103/S1541308X18040118.
  17. A. B. Buleyko, A. V. Ponomarev, O. T. Loza, et al., “Experimental plasma maser as a broadband noise amplifier. II: Short pulse,” Physics of Plasmas, vol. 28, p. 023304, 2021. doi: 10.1063/5.0031432.
  18. P. A. Blume, The LabVIEW Style Book. NJ: Upper Saddle River, 2007.
  19. P. Ponce-Cruz and F. D. Ramírez-Figueroa, Intelligent control systems with LabVIEW. New York: Springer LDH, 2010, p. 216.
  20. S. Hauck and A. DeHon, Eds., Reconfigurable computing: the theory and practice of FPGA-based computation. New York: Elsevier Inc., 2008.

© Андреев В.В., Чупров Д.В., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах