Authors: Keil, Boris
Title: A Unified Distributed DSP-Based Beam Diagnostics and Global Feedback System for Ramped Electron Storage Rings
Other Titles: Development, Construction and Applications
Ein vereinheitlichtes DSP-basiertes System fuer Strahldiagnose und globale Feedbacks an Elektronenspeicherringen
Entwicklung, Aufbau und Anwendungen
Language (ISO): en
Abstract: In dieser Arbeit wurde ein verteiltes DSP-basiertes Feedbacksystem zur Echtzeitregelung von Strahlparametern wie Arbeitspunkt und globalem Orbit an gerampten Elektronenspeicherringen entwickelt. Darauf basierend wurde an Bodo, dem gerampten Full-Energy Booster der 1.5 GeV Synchrotronstrahlungsquelle Delta, ein Arbeitspunktfeedback aufgebaut, charakterisiert und erfolgreich in Betrieb genommen, das den transversalen Arbeitspunkt von Bodo waehrend beliebiger Energierampen in Echtzeit korrigiert. Weiterhin wurde mit dem DSP-System ein globales Orbitfeedbackaufgebaut, charakterisiert und erfolgreich kommissioniert, das den Orbit von Bodo mit einer Rate von 4 kHz mit Hilfe derSVD-Methode global korrigiert. Durch die Integration weitererMonitore zur Messung von Strahlverlusten, Strahlstrom, Lebensdauer und Netzgeraetstroemen sowie -spannungen in das DSP-System von Bodo wurde die Moeglichkeit demonstriert, mitdem entwickelten DSP-System 'interdisziplinaere' globale Feedbacks zu implementieren, die verschiedene Eigenschaftendes Elektronenstrahls in Boostern und Speicherringen unter Beruecksichtigung einer Vielzahl verschiedenartiger Monitore in Echtzeit optimieren koennen. Das generische Gesamtkonzeptdes entwickelten Systems erlaubt den zukuenftigen Einsatz an Delta oder an anderen Synchrotronstrahlungsquellen mit nur geringem Anpassungsaufwand bei Hardware und Software. Neben der Entwicklung einer Multiprozessor-VMEbus-DSP-Karte, eines neuartigen FPGA-basierten LWL-Multiprozessor-Netzwerks ('DeltaNet') zum globalen Echtzeit-Messdatentransfer (globales reflektives internes DSP-RAM), des BPM-Datenerfassungssystems sowie weiten Teilen des DSP-/DDS-basierten Arbeitspunktmesssystems wurden in der Arbeit auch die gesamten DSP Software, die Treiber zur Integration in das EPICS-Kontrollsystem sowie die graphischenBenutzeroberflaechen entwickelt. Durch die Entwicklung einerBodo-Strahloptik mit reduzierter Emittanz sowie DSP-basierterAnalyse und Optimierung der Strahlparameter von Bodo waehrendder Energierampe konnte die Fuellzeit des Speicherrings Deltaerheblich reduziert werden.
The subject of this thesis is the development of a distributed DSP-based feedback system for the real-time correction of beam parameters like betatron tune and global orbit in ramped electron storage rings. Based on thissystem, a betatron tune feedback for Bodo, the 1.5 GeVfull energy booster of the synchrotron light source Delta,was constructed, characterised and successfully commissioned. The feedback is able to correct the betatrontunes in real-time during arbitrary beam energy ramps. Moreover, a global orbit feedback system was constructed that corrects the Bodo orbit globally in real-time with the SVD method, at a correction rate of 4 kHz. By integratingadditional monitors for beam loss, beam current, lifetime andpower supply currents and voltages into the DSP system, it was demonstrated that the system allows the implementation of global 'interdisciplinary' feedbacks that optimise different beam parameters simultaneously in real-time by using a variety of different monitor types. The generic hardware and software design concept enables the future use of the system at Delta or other synchrotron light sources with minor modifications. The work on this thesis includes the development of a multiprocessor VMEbus DSP board, of a novel FPGA-based fiber optic multiprocessor network ('DeltaNet') for global real-time measurement data transfer (global reflective internal DSP memory), of the BPM data acquisition system and of most parts of the DSP-/DDS-based betatron tune measurement system of Bodo. The software for the DSPs, for their integration into the EPICS control system and for the graphical user interfaces was alsodeveloped during the work on this thesis. The design of a Bodo beam optics with reduced emittance and the DSP-basedanalysis and optimisation of beam parameters during the Bodoenergy ramp allowed a significant reduction of the Deltafilling time.
Subject Headings: Beschleuniger
accelerator
Synchrotron
Speicherring
Strahldiagnose
SVD
FPGA
Orbit
Orbitfeedback
Feedback
Arbeitspunkt
EPICS
DeltaNet
DELTA
Beschleunigerphysik
synchrotron
storage ring
beam diagnostics
SVD
FPGA
orbit
feedback
betatron tune
EPICS
DeltaNet
DELTA
accelerator physics
URI: http://hdl.handle.net/2003/2320
http://dx.doi.org/10.17877/DE290R-14859
Issue Date: 2003-06-02
Publisher: Universität Dortmund
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