文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
CYCHU-10回旋加速器控制系统设计与实现
姓名:胡啸
申请学位级别:硕士
专业:电机与电器
指导教师:樊明武
2010-12-30
华中科技大学硕士学位论文

摘要
近年来回旋加速器在基础科学研究外的应用被不断开发,医学诊断、治疗正是其
中的重要方面。用于正电子发射断层成像(PET)所需同位素生产的 CYCHU-10 回旋
加速器对结束我国该类生产设备基本依赖进口的局面,加快具有自主知识产权产品的
开发具有十分现实的意义。
控制系统是加速器的重要组成部分,关系到系统的安全稳定运行。将有限状态机
理论运用在 CYCHU-10 回旋加速器控制系统研究中,提出了以加速器实际运行需求为
原型的层次化设计方法,并在 Matlab/Simulink 环境下运用 Stateflow 完成系统建模和
仿真。在此基础上引入半实物仿真概念,探讨了在 LabVIEW 图形化开发系统支持下
利用 NI PAC 完成控制器快速原型化并在 PXI 平台实现加速器工况模拟的硬件在回路
仿真方案。最后结合项目的实际进展对控制系统的具体实现方法进行研究,主要涉及
联锁保护系统、电源控制系统、水冷控制系统,此外还编写的加速器系统人机交互界
面,完成整个控制系统的组态。
结果表明,基于有限状态机的系统仿真能够全面反映加速器这一复杂系统中的动
态逻辑关系并实现有效的控制功能设计,基于 NI 产品的硬件在回路仿真方法提供了
可控的硬件环境以实现控制器功能的精准校验,弥补了 Stateflow 离线仿真的不足,能
够快速修正系统设计错误,在满足实时性的同时还避免了真实控制对象接入测试可能
导致的意外情况,缩短了开发周期。通过目前 CYCHU-10 部分子系统的实际调试情况
来看,控制系统为加速器的安全稳定运行提供了保障,取得了预期的控制效果。

关键词:回旋加速器,控制系统,有限状态机,硬件在回路

I
华中科技大学硕士学位论文
ABSTRACT
The application of cyclotrons besides fundamental nuclear physics research has been
unceasingly developed at present, of which medical diagnosis and therapy is the most
important aspect. The research of CYCHU-10 cyclotron used for PET isotopes production
is significant to end the disadvantage that the domestic cyclotrons of this kind are mostly
imports. It is necessary to develop pact low energy cyclotron with our own
independent intellectual property right.
Control system is one of the most important parts of cyclotron which is strictly related
to the safety and stabilization. Based on the method of finite state machine (FSM), control
system simulation model of the CYCHU-10 cyclotron is developed with Simulink and
Stateflow under the Matlab environment. The control logic of the model is designed
according to the actual requirement of cyclotron operation. The model has a hierarchy
modularized structure, which makes it easy to reflect the dynamic logic of plex
system. On the basis of offline Stateflow model, a scheme of the hardware-in-the-loop (HIL)
control system simul