【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及磁體結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特別是涉及一種dct磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法。
技術(shù)介紹
1、電磁線(xiàn)圈被廣泛應(yīng)用于社會(huì)各領(lǐng)域，從與日常生活息息相關(guān)的電磁爐，到醫(yī)療設(shè)備mri，再?gòu)男W(xué)生的科普道具到科學(xué)家的大型加速器科學(xué)裝置，電磁線(xiàn)圈一直默默服務(wù)人類(lèi)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁線(xiàn)圈經(jīng)歷了從低效低能的常導(dǎo)線(xiàn)圈到高效高能的超導(dǎo)磁體的應(yīng)用發(fā)展；同時(shí)驅(qū)動(dòng)于工業(yè)社會(huì)及科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求，尤其是當(dāng)代粒子加速器磁體的需求，對(duì)電磁線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了更高要求。
2、而其中dct(離散余弦角)線(xiàn)圈型磁體不僅可產(chǎn)生具有高場(chǎng)、高場(chǎng)質(zhì)量的純多極場(chǎng)或多極組合磁場(chǎng)，而且還具有結(jié)構(gòu)緊湊、激磁效率高和適于大孔徑等特征。在dct線(xiàn)圈的磁體應(yīng)用中，理論上dct線(xiàn)圈的磁場(chǎng)質(zhì)量可輕松達(dá)到1‰或更高，但對(duì)于粗導(dǎo)線(xiàn)繞制、采用主極流函數(shù)生成的dct線(xiàn)圈磁體，卻是難以精確控制其場(chǎng)質(zhì)量精度；另外，在加速器領(lǐng)域和其他科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中，有時(shí)需要好于100ppm或者更高的場(chǎng)質(zhì)量精度，此時(shí)采用細(xì)規(guī)導(dǎo)線(xiàn)繞制、主極流函數(shù)生成的dct線(xiàn)圈也難以達(dá)到此精度。
3、dct線(xiàn)圈是利用離散電流線(xiàn)位置實(shí)現(xiàn)線(xiàn)圈工程電流密度沿切面環(huán)向呈余弦角分布的一種線(xiàn)圈，現(xiàn)有技術(shù)中cn202010418735.1中等效電流密度jz在環(huán)向近似以cos(mθ)的規(guī)律分布，理論上這種電流密度分布所激勵(lì)的磁場(chǎng)具有天然的純2m極量，相比于cct線(xiàn)圈通過(guò)抵消場(chǎng)軸向分量的多極場(chǎng)產(chǎn)生機(jī)制，dct線(xiàn)圈的激磁效率高很多，dct線(xiàn)圈的高場(chǎng)質(zhì)量源自于磁體導(dǎo)體分布的余弦角分布逼近，在工程中，導(dǎo)體線(xiàn)規(guī)具有尺度，因此無(wú)法無(wú)限逼近理想余弦角
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)提供一種dct磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法及設(shè)計(jì)方式，該方法通過(guò)調(diào)整流函數(shù)來(lái)控制dct線(xiàn)圈在切面內(nèi)的導(dǎo)體角度分布，從而優(yōu)化磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，提高磁場(chǎng)質(zhì)量，解決了現(xiàn)有dct線(xiàn)圈磁場(chǎng)控制主極量本征的一些多極諧波的問(wèn)題。
2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案是：一種dct磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，通過(guò)調(diào)整流函數(shù)來(lái)控制導(dǎo)體角度分布，以實(shí)現(xiàn)高精度的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，所述流函數(shù)為微調(diào)主極流函數(shù)或修正主極流函數(shù)。
3、可選的，所述微調(diào)主極流函數(shù)為：
4、
5、其中，m0為該流函數(shù)對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)的主極2m0極主磁場(chǎng)的本征參數(shù)，m為調(diào)諧項(xiàng)的序數(shù)，為該2m0極場(chǎng)主諧波量的調(diào)諧系數(shù)，通常僅取前1～2項(xiàng)，即和
6、
7、可選的，所述修正主極流函數(shù)為：
8、
9、其中，m0為該流函數(shù)對(duì)應(yīng)主磁場(chǎng)的特征參數(shù)，m取不小于m0的任意整數(shù)，代表除主極場(chǎng)以外的任意2m極諧波磁場(chǎng)的特征參數(shù)，通常為1，其余am為調(diào)諧2m極諧波磁場(chǎng)的調(diào)諧系數(shù)，微調(diào)主極流函數(shù)為僅保留主極項(xiàng)和主極本征諧波項(xiàng)的修正主極流函數(shù)。
10、可選的，所述場(chǎng)質(zhì)量?jī)?yōu)化用調(diào)諧系數(shù)的初始值設(shè)為所述主極流函數(shù)生成所述dct線(xiàn)圈各項(xiàng)諧波量的相反數(shù)，然后結(jié)合優(yōu)化算法進(jìn)行尋優(yōu)。
11、可選的，所述優(yōu)化算法可選擇線(xiàn)性規(guī)劃法、遺傳算法或淬火算法等。
12、可選的，所述調(diào)諧系數(shù)矩陣取有限項(xiàng)，調(diào)控項(xiàng)為所述dct線(xiàn)圈若干本征諧波項(xiàng)中的一個(gè)或一組，如2m極磁場(chǎng)的本征諧波項(xiàng)系數(shù)為{a3m，a5m，a7m，……}中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，此時(shí)修正主極流函數(shù)簡(jiǎn)化為更具一般性的微調(diào)主極流函數(shù)：其中，m0為該流函數(shù)對(duì)應(yīng)主磁場(chǎng)的特征參數(shù)，m為調(diào)諧項(xiàng)的序數(shù)，通常只取前1～2項(xiàng)。
13、優(yōu)選的，所述優(yōu)化方法可以獲得高于0.01％場(chǎng)質(zhì)量精度的主極磁場(chǎng)。
14、本專(zhuān)利技術(shù)還提供一種dct磁體設(shè)計(jì)方式，上述的dct磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，通過(guò)設(shè)定所需多極場(chǎng)調(diào)諧系數(shù)形成特殊磁場(chǎng)。
15、可選的，形成特殊磁場(chǎng)的方式為兩個(gè)或多個(gè)多極場(chǎng)以一固定的比例耦合加載。
16、可選的，所述特殊磁場(chǎng)為定比例二、四、六極磁體中的兩個(gè)或三個(gè)的組合磁體。
17、本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果：首先，本專(zhuān)利技術(shù)還提供了一種dct磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，通過(guò)調(diào)整流函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)dct線(xiàn)圈磁場(chǎng)的高精度優(yōu)化，大大提高了磁場(chǎng)的質(zhì)量和穩(wěn)定性；并通過(guò)設(shè)定所需多極場(chǎng)調(diào)諧系數(shù)，可以快速生成滿(mǎn)足特殊需求的dct線(xiàn)圈型磁體，大大提高了設(shè)計(jì)效率。本專(zhuān)利技術(shù)還提供了一種dct磁體設(shè)計(jì)方式，為具有特殊場(chǎng)形需求的物理需求情態(tài)提供了更加便捷的磁體設(shè)計(jì)方案。
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1.一種DCT磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：通過(guò)調(diào)整流函數(shù)來(lái)控制導(dǎo)體角度分布，以實(shí)現(xiàn)高精度的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，所述流函數(shù)為微調(diào)主極流函數(shù)或修正主極流函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DCT磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：所述微調(diào)主極流函數(shù)為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DCT磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：所述修正主極流函數(shù)為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的DCT磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：所述場(chǎng)質(zhì)量?jī)?yōu)化用調(diào)諧系數(shù)的初始值設(shè)為所述主極流函數(shù)生成所述DCT線(xiàn)圈各項(xiàng)諧波量的相反數(shù)，然后結(jié)合優(yōu)化算法進(jìn)行尋優(yōu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的DCT磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：所述優(yōu)化算法可選擇線(xiàn)性規(guī)劃法、遺傳算法或淬火算法。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的DCT磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：所述調(diào)諧系數(shù)矩陣取有限項(xiàng)，調(diào)控項(xiàng)為所述DCT線(xiàn)圈若干主諧波量項(xiàng)中的一個(gè)或一組，如2m極磁場(chǎng)的主諧波項(xiàng)系數(shù)為{a3m，a5m，a7m，……}中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，此時(shí)修正主極流函數(shù)簡(jiǎn)化為更具一般性的微調(diào)主極流函數(shù)：
7.根據(jù)權(quán)
8.一種DCT磁體設(shè)計(jì)方式，其特征在于：采用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的DCT磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，通過(guò)設(shè)定所需多極場(chǎng)調(diào)諧系數(shù)形成特殊磁場(chǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DCT磁體設(shè)計(jì)方式，其特征在于：形成特殊磁場(chǎng)的方式為兩個(gè)或多個(gè)多極場(chǎng)以一固定的比例耦合加載。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DCT磁體設(shè)計(jì)方式，其特征在于：所述特殊磁場(chǎng)為定比例二、四、六極磁體中的兩個(gè)或三個(gè)的組合磁體。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種dct磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：通過(guò)調(diào)整流函數(shù)來(lái)控制導(dǎo)體角度分布，以實(shí)現(xiàn)高精度的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，所述流函數(shù)為微調(diào)主極流函數(shù)或修正主極流函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的dct磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：所述微調(diào)主極流函數(shù)為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的dct磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：所述修正主極流函數(shù)為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的dct磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：所述場(chǎng)質(zhì)量?jī)?yōu)化用調(diào)諧系數(shù)的初始值設(shè)為所述主極流函數(shù)生成所述dct線(xiàn)圈各項(xiàng)諧波量的相反數(shù)，然后結(jié)合優(yōu)化算法進(jìn)行尋優(yōu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的dct磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：所述優(yōu)化算法可選擇線(xiàn)性規(guī)劃法、遺傳算法或淬火算法。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的dct磁體場(chǎng)質(zhì)量微調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于：...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：梅恩銘，吳巍，梁羽，尤瑋，韓正男，童玉錦，陳玉泉，張翔，張京京，姚慶高，孫良亭，楊建成，馬力禎，楊文杰，韓少斐，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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