Implementación basada en FPGA de un controlador adaptativo de ruido para una cavidad superconductora de onda continua
Autores: Abdi, Fatemeh; Cichalewski, Wojciech; Jamuna, Wojciech; Butkowski, ukasz; Branlard, Julien; Bellandi, Andrea; Jabonski, Grzegorz
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Implementación basada en FPGA de un controlador adaptativo de ruido para una cavidad superconductora de onda continua
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Frecuencia de radio
Sistemas LLRF
Controlador de ruido
Vibraciones mecánicas
Filtro adaptativo
Acelerómetro
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
Los sistemas de radiofrecuencia de bajo nivel (LLRF) han sido diseñados para regular el campo del acelerador en la cavidad; estos sistemas se han utilizado en el láser de electrones libres (FLASH) y el láser de electrones libres de rayos X europeo (E-XFEL). Sin embargo, la operación confiable de estas cavidades a menudo se ve obstaculizada por dos fuentes principales de ruido y perturbaciones: el desintonizado por fuerza de Lorentz (LFD) y las vibraciones mecánicas, comúnmente conocidas como microfonías. Este artículo presenta una solución innovadora en forma de un controlador de ruido activo de banda estrecha (NANC) diseñado para compensar el ruido mecánico de banda estrecha generado por ciertas máquinas de soporte, como bombas de vacío y vibraciones de presión de helio. Para identificar los coeficientes del filtro adaptativo en el método NANC, se propone un algoritmo de mínimos cuadrados (LMS). Además, se propone un método de tamaño de paso variable (VSS) para estimar los coeficientes del filtro adaptativo en función de los cambios en las microfonías, compensando finalmente sus efectos en el criomódulo. Se fabrica un acelerómetro con una interfaz SPI y algunas placas de transmisión, y se colocan en el banco de pruebas del criomódulo (CMTB) para medir las microfonías y transferirlas a través de un cable Ethernet desde el lado del criomódulo al lado de la caja LLRF. Se han seleccionado varias ubicaciones para encontrar la ubicación óptima para instalar el acelerómetro. El método NANC propuesto se caracteriza por una baja complejidad computacional, estabilidad y alta capacidad de seguimiento. Al abordar los desafíos asociados con el ruido y las perturbaciones en la operación de la cavidad, esta investigación contribuye al mejor rendimiento y fiabilidad de los sistemas LLRF en aceleradores de partículas.
Descripción
Los sistemas de radiofrecuencia de bajo nivel (LLRF) han sido diseñados para regular el campo del acelerador en la cavidad; estos sistemas se han utilizado en el láser de electrones libres (FLASH) y el láser de electrones libres de rayos X europeo (E-XFEL). Sin embargo, la operación confiable de estas cavidades a menudo se ve obstaculizada por dos fuentes principales de ruido y perturbaciones: el desintonizado por fuerza de Lorentz (LFD) y las vibraciones mecánicas, comúnmente conocidas como microfonías. Este artículo presenta una solución innovadora en forma de un controlador de ruido activo de banda estrecha (NANC) diseñado para compensar el ruido mecánico de banda estrecha generado por ciertas máquinas de soporte, como bombas de vacío y vibraciones de presión de helio. Para identificar los coeficientes del filtro adaptativo en el método NANC, se propone un algoritmo de mínimos cuadrados (LMS). Además, se propone un método de tamaño de paso variable (VSS) para estimar los coeficientes del filtro adaptativo en función de los cambios en las microfonías, compensando finalmente sus efectos en el criomódulo. Se fabrica un acelerómetro con una interfaz SPI y algunas placas de transmisión, y se colocan en el banco de pruebas del criomódulo (CMTB) para medir las microfonías y transferirlas a través de un cable Ethernet desde el lado del criomódulo al lado de la caja LLRF. Se han seleccionado varias ubicaciones para encontrar la ubicación óptima para instalar el acelerómetro. El método NANC propuesto se caracteriza por una baja complejidad computacional, estabilidad y alta capacidad de seguimiento. Al abordar los desafíos asociados con el ruido y las perturbaciones en la operación de la cavidad, esta investigación contribuye al mejor rendimiento y fiabilidad de los sistemas LLRF en aceleradores de partículas.