Performance of a digital LLRF field control system for the J-PARC linac

J-PARCリニアック用デジタル低電力高周波電場制御システムの性能

道園 真一郎*; 穴見 昌三*; 山口 誠哉*; Fang, Z.*; 小林 鉄也; 鈴木 浩幸

Michizono, Shinichiro*; Anami, Shozo*; Yamaguchi, Seiya*; Fang, Z.*; Kobayashi, Tetsuya; Suzuki, Hiroyuki

J-PARCリニアックでは20台の大電力クライストロンが据え付けられる。加速電界には位相,振幅それぞれ1度,1%の安定性が要求されている。これを実現するためにFPGA及びDSPを用いたデジタルフィードバック/フィードフォワード制御システムを用いる。FPGAは2空洞のベクターサムに対して高速PI制御が可能である。安定性を測定した結果、RFパルス内(500sフラットトップ)で振幅,位相それぞれ0.15%,0.15度の安定度が得られた。またDSPにより自動空洞チューナー制御にも成功した。この場合、空洞の入力信号と空洞からのピックアップ信号の位相差を測定することで空洞の共振点を合わせる。さらにビームローディングを模擬した試験を行った。その結果、適切なフィードフォワード制御を行うことで振幅,位相それぞれ0.3%,0.15度の安定性が得られた。

Twenty high power klystrons are installed in the J-PARC linac. The requirements for the rf field stabilities are 1% in amplitude and 1 deg. in phase during a 500 s flat-top. In order to satisfy these requirements, we adopt the digital feedback and feed-forward system with FPGAs and a commercial DSP board. The FPGAs (Virtex-II 2000) enable a fast PI control for a vector sum of two cavity fields. The measured stability during rf pulse was 0.15% in amplitude and 0.15 degree in phase. The tuner control was successively operated by a way of the DSP board by measuring the phase difference between the cavity input wave and the cavity field. Beam loading effects were emulated using a beam-loading test box. By proper feed-forward, the rf stability was less than 0.3% and 0.15 degree.