Kooperationsvertrag GSI / TU Darmstadt Analyse von HF-Regelkreisen mit Strahlwechselwirkung Longitudinale Strahlphasenregelung für Dual Harmonic Ziel:

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1 Kooperationsvertrag GSI / TU Darmstadt Analyse von HF-Regelkreisen mit Strahlwechselwirkung Longitudinale Strahlphasenregelung für Dual Harmonic Ziel: Analyse der Strahlphasenregelung zur Dämpfung kohärenter Dipoloszillationen für doppelt-harmonisches Kavitätensystem für FAIR Herausforderung: Ergebnisse vom einfach-harmonischen Fall nicht übertragbar, veränderte Regelkreis-Topologie Bearbeiter: Dipl.-Ing. Jochen Grieser Ende der Förderperiode: Status: seit in Arbeit Faustformel zur Abschätzung der kohärenten Synchrotronfrequenz für DH Kavitätensystem Vergleich von Filterentwürfen für die Strahlphasenrückführung Erstellen von simulationsbasierten Stabilitätsdiagrammen Vorschläge zu alternativen Reglerstrukturen Vorbereitung Maschinenexperiment Relativer Emittanzanstieg mit Strahlphasenregelung | TU Darmstadt, FG rtr | Prof. Dr.-Ing. Jürgen Adamy | Dr.-Ing. Dieter Lens | 1

2 Kooperationsvertrag GSI / TU Darmstadt Longitudinale Strahlphasenregelung für ein mehr-harmonisches Kavitätensystem Ziel: Praktischer Nachweis der Strahlphasenregelung für mehrharmonischen Betrieb im stationären Fall Herausforderung: Starres Phasenschieben von zwei Harmonischen notwendig Geplanter Bearbeiter: Dipl.-Ing. Jochen Grieser Förderperiode: – Geplante Arbeiten: Starres Phasenschieben von zwei Harmonischen Auswertung Strahlexperiment Verschachtelte Regelkreise: Synchronisation der Kavitäten Untersuchung der Dynamik, Dämpfungsrate vs. Robustheit Auswirkungen Dynamik Kavitätensynchronisation Empfehlungen für den Betrieb | TU Darmstadt, FG rtr | Prof. Dr.-Ing. Jürgen Adamy | Dr.-Ing. Dieter Lens | 2

3 Kooperationsvertrag GSI / TU Darmstadt Regelungssystemtheorie zur Strahlstabilisierung (1) Digitale Filter für Regelsysteme Ziel: Analyse und Entwurf von digitalen Filtern für HF-Regelungen Geplanter Bearbeiter: N.N. (1 Stelle) Förderperiode: – Geplante Arbeiten: Wechselwirkung von HF-Regelungen mit Strahldynamik ist ein diskreter Prozess Modellierung von HF-Regelungen mit zeitdiskretem Ansatz, inklusive Delays Polplazierung für linearisierte Systeme Entwurf von Filterkoeffizienten Analyse von Stabilität und Robustheit Ermittlung der optimalen Filterlänge Definition von Spezifikationen für die Implementierung der Filter auf FPGA Cavity Beam Pipe Pickup Signal processing fsampling = 375 kHz | TU Darmstadt, FG rtr | Prof. Dr.-Ing. Jürgen Adamy | Dr.-Ing. Dieter Lens | 3

4 Kooperationsvertrag GSI / TU Darmstadt Regelungssystemtheorie zur Strahlstabilisierung (2) Nichtlineare Regelungstheorie zur Dämpfung höherer Moden Ziel: Modellierung und Analyse der Dämpfung höherer kohärenter Moden Geplanter Bearbeiter: N.N. (1 Stelle) Förderperiode: – Longitudinaler Phasenraum Geplante Arbeiten: Theorie und Validierung bisher für Dipol- und Quadrupolmode Ergebnisse zeigen, dass sich Sextupolmoden unterschiedlich verhalten FIR Filter in HF-Regelungen haben eine Bandpass Charakteristik Effekte auf höhere Moden sollten untersucht werden Vermeiden von regelungsinduzierten Schwingungen höherer Ordnung, Entwurf von Regelungsalgorithmen zur Dämpfung ΔW Δ RF Phase Kavität: RF Modulation Detektion & Feedback | TU Darmstadt, FG rtr | Prof. Dr.-Ing. Jürgen Adamy | Dr.-Ing. Dieter Lens | 4

5 Kooperationsvertrag GSI / TU Darmstadt Regelungssystemtheorie zur Strahlstabilisierung (3) Einfluss von leeren Buckets auf HF-Regelkreise Ziel: Untersuchung des Einflusses von leeren Buckets im SIS100 auf HF- Regelungen, unsymmetrische Füllzustände und Beam-Loading Geplanter Bearbeiter: N.N. (1 Stelle) Förderperiode: – Geplante Arbeiten: Q der Kavitäten zu niedrig, um höhere Harmonische vernachlässigen zu können (Robinson) Q zu hoch für die Annahme, dass induzierte Spannungen verschwinden bis zum nächsten Bunch Modellierung verschachtelter Regelungen, Untersuchung von Coupled-Bunch Moden Analyse von Effekten inklusive Beam- loading Mögliche Reihenfolge Injektion / Ejektion SIS100 Simulation 5 7&8 Time in s 5&6 3&4 1&2 20π RF phase | TU Darmstadt, FG rtr | Prof. Dr.-Ing. Jürgen Adamy | Dr.-Ing. Dieter Lens | 5

6 Kooperationsvertrag GSI / TU Darmstadt Regelungssystemtheorie zur Strahlstabilisierung (4) Closed Orbit Feedback für SIS100 Ziel: Closed Orbit Feedback für SIS100 Geplanter Bearbeiter: N.N. (1 Stelle) Förderperiode: – Geplante Arbeiten: Schnelles (ms) Closed-Orbit Feedback für Strahlstabilisierung <100µm Vollständig digital, Online-Berechnung der Regelung 84 BPMs entlang SIS100 für Online-Evaluierung der Strahlposition Reaktionszeit von 10 ms auf einer 100 ms Beschleunigungsrampe Modellierung der Regelungen Implementierung optimierter digitaler Algorithmen Optimierung der Kommunikations-Schnittstellen Installation und Inbetriebnahme, Strahltest mit Prototyp für SIS18 SIS100 84 BPM as input for closed orbit feedback | TU Darmstadt, FG rtr | Prof. Dr.-Ing. Jürgen Adamy | Dr.-Ing. Dieter Lens | 6