以局部區(qū)域內(nèi)的離子數(shù)為探測信息的束暈-混沌控制模擬研究.pdf

1、本文綜述了強流離子束的基本動力學(xué)方程及其基本動力學(xué)特性，單離子運動方程,束暈-混沌形成的典型物理機制及其主要控制方法?？紤]到傳統(tǒng)采用的準直法不理想,而近幾年來在數(shù)值模擬中提出的控制方法又存在控制信息難以獲取或探測范圍過大的問題，所以有必要繼續(xù)探索新的控制信息，以解決束暈-混沌非線性控制的實現(xiàn)問題。為此，本文作了如下工作： 一、在系統(tǒng)參數(shù)固定的情況下，以局部區(qū)域內(nèi)的離子數(shù)作為控制信息代替匹配半徑外的離子數(shù)對對數(shù)函數(shù)控制器的控制變量

2、進行改進，然后在此基礎(chǔ)上用PIC程序進行數(shù)值模擬研究，以觀察新的條件下的控制效果。之所以考慮縮小控制信息來源的區(qū)域，是由于自非線性控制策略提出以來，數(shù)值模擬研究中通常采用的控制變量一是離子束的某種半徑，如均方根半徑，這在實驗上難以探測；另一是匹配半徑外所有的離子數(shù)，因其探測范圍過大，也不便于實驗實現(xiàn)。而之所以采用對數(shù)函數(shù)控制器是由于已有的控制效果好的控制器如小波函數(shù)控制器和延遲反饋控制器等不適用于離子數(shù)類控制變量。對五種初始分布的離子束

3、的模擬結(jié)果表明：控制后除高斯分布的離子束的暈度未降至零外，其他分布的離子束的暈度都理想地降為零。而且各種分布的束的相對發(fā)射度、均方根半徑、最大半徑、橫向動量平方和的平均值等都明顯下降。可見，改進的對數(shù)函數(shù)控制法能夠有效地控制五種不同初始分布的離子束，尤其是對初始分布為K-V分布的離子束，控制效果更為理想。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，改進的對數(shù)函數(shù)控制法的控制效果并不亞于其它控制方法,又因為控制信息來自于局部區(qū)域，還遠優(yōu)于其它控制法。 二、

4、改變系統(tǒng)參數(shù)，研究K-V分布的離子束在改進的對數(shù)函數(shù)控制法下的束暈控制效果，以弄清參數(shù)的改變對新方法的控制效果的影響。進行這一研究，主要是由于工作一的數(shù)值模擬是在參數(shù)固定的情況下進行的，條件過于特殊，因而有必要進一步研究系統(tǒng)參數(shù)改變的情況。這一部分具體研究了調(diào)諧衰減因子、真空相移和失匹配因子改變時對束暈控制效果的影響。模擬結(jié)果表明：（1）改進的對數(shù)函數(shù)控制法與小波函數(shù)控制法等類似，都可以在一定的參數(shù)范圍內(nèi)取得較好的控制效果。對于改進的對

5、數(shù)函數(shù)控制法，當真空相移時，要得到較好的束流品質(zhì)，調(diào)諧衰減因子的取值應(yīng)大于0.3；當調(diào)諧衰減因子時，隨著真空相移的增大，離子束的均方根半徑、最大半徑、橫向動量平方和的平均值呈增大的趨勢。要得到較好的束流品質(zhì)，真空相移不僅可以按傳統(tǒng)習(xí)慣在小于900范圍內(nèi)取值，而且可以將取值范圍從900拓寬到1380；而失匹配因子在范圍內(nèi)取值，都能夠達到好的控制效果。（2）在某些情況下，改進的對數(shù)函數(shù)控制法比小波函數(shù)控制法和原來的對數(shù)函數(shù)控制法有更利于應(yīng)用

6、的參數(shù)選擇范圍。如上面提到的調(diào)諧衰減因子時，真空相移的取值范圍拓寬到1380的情況，就明顯地優(yōu)于其它控制法。它對提高束流強度極為有利。小波函數(shù)控制法只允許在小于900和大于1250的范圍內(nèi)取值，而原來的對數(shù)函數(shù)控制法只允許在小于1100范圍內(nèi)取值 [67]。 本文的研究表明，以局部區(qū)域內(nèi)的離子數(shù)為控制信息的對數(shù)函數(shù)控制法在一定的參數(shù)范圍內(nèi)均能有效地控制束暈-混沌現(xiàn)象。在多數(shù)情況下，其控制效果并不亞于其它非線性控制法，而所需的控制