A Unified Distributed DSP-Based Beam Diagnostics and Global Feedback System for Ramped Electron Storage Rings

Keil, Boris

A Unified Distributed DSP-Based Beam Diagnostics and Global Feedback System for Ramped Electron Storage Rings

dc.contributor.advisor	Wille, Klaus	de
dc.contributor.author	Keil, Boris	de
dc.contributor.referee	Tolan, Metin	de
dc.date.accepted	2003
dc.date.accessioned	2004-12-06T11:17:47Z
dc.date.available	2004-12-06T11:17:47Z
dc.date.created	2003-02-21	de
dc.date.issued	2003-06-02	de
dc.description.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.	de
dc.description.abstract	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.	en
dc.format.extent	3506136 bytes
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/2003/2320
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.17877/DE290R-14859
dc.language.iso	en	de
dc.publisher	Universität Dortmund	de
dc.subject	Beschleuniger	de
dc.subject	accelerator	en
dc.subject	Synchrotron	de
dc.subject	Speicherring	de
dc.subject	Strahldiagnose	de
dc.subject	SVD	de
dc.subject	FPGA	de
dc.subject	Orbit	de
dc.subject	Orbitfeedback	de
dc.subject	Feedback	de
dc.subject	Arbeitspunkt	de
dc.subject	EPICS	de
dc.subject	DeltaNet	de
dc.subject	DELTA	de
dc.subject	Beschleunigerphysik	de
dc.subject	synchrotron	en
dc.subject	storage ring	en
dc.subject	beam diagnostics	en
dc.subject	SVD	en
dc.subject	FPGA	en
dc.subject	orbit	en
dc.subject	feedback	en
dc.subject	betatron tune	en
dc.subject	EPICS	en
dc.subject	DeltaNet	en
dc.subject	DELTA	en
dc.subject	accelerator physics	en
dc.subject.ddc	530	de
dc.title	A Unified Distributed DSP-Based Beam Diagnostics and Global Feedback System for Ramped Electron Storage Rings	en
dc.title.alternative	Development, Construction and Applications	en
dc.title.alternative	Ein vereinheitlichtes DSP-basiertes System fuer Strahldiagnose und globale Feedbacks an Elektronenspeicherringen	de
dc.title.alternative	Entwicklung, Aufbau und Anwendungen	de
dc.type	Text	de
dc.type.publicationtype	doctoralThesis	de
dcterms.accessRights	open access

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