速い繰り返しの電磁石における高精度トラッキング制御

High precision tracking control for rapid cycling magnets

渡辺 泰広  ; 谷 教夫  ; 安達 利一*; 染谷 宏彦*; 入江 吉郎*

Watanabe, Yasuhiro; Tani, Norio; Adachi, Toshikazu*; Someya, Hirohiko*; Irie, Yoshiro*

速い繰り返しの電磁石は共振回路により励磁され、電流波形は直流バイアスされた正弦波交流である。しかし、電磁石は飽和特性を持つため、電流波形は正弦波であっても磁場波形は高調波成分を含んだ歪んだ波形となる。電流と磁場との関係は電磁石の種類ごとに異なるため、磁場の高調波成分はトラッキングエラーの要因となる。また、速い繰り返しで励磁されることから、渦電流が磁場に与える影響を考慮する必要がある。本論文では、速い繰り返しの電磁石における高精度トラッキング方法を提案する。この方法は、共振回路において積極的に高調波電流を制御することにより、磁場の高調波成分を低減する。これにより、加速中における偏向磁場と四極磁場の比率を一定に保つことが容易となり、高調波磁場に起因するトラッキングエラーを低減することが可能になる。これを実現するためには、あらかじめ電磁石の電流に対する磁場の関係を精度よく測定する必要がある。そこで、偏向電磁石はロングフリップコイル、四極電磁石ではハーモニックコイルを用いた動磁場測定システムを用いて、各電磁石について高調波磁場が0.01%以下となるような高調波電流を求めた。さらに、速い繰り返しに伴い生じる渦電流の影響である磁場の遅れを測定した。本発表では高調波磁場制御の結果を紹介し、大強度陽子加速器を安定に運転するうえでの有効性について議論する。

Rapid cycling magnets are excited using a resonant circuit and the current waveform is a DC-biased sinusoidal pattern. However, non-linear characteristic of the magnet produces harmonic components in the magnetic field. The harmonic components are different for each type of magnet depending upon the degree of saturation, and it causes a tracking error. This paper proposes harmonic current control in the resonant circuit to reduce harmonic components in the magnetic field.