结果来自T2K实验建议中微子振荡可能持有关键，以了解关于宇宙的基本问题：为什么它在大爆炸被认为产生相等的两者都有相当数量时，它比反物质更加重要。T2K实验是一个长的基线中微子振荡实验，其中在Superkamiokande探测器距离酒店位于295千米的Superkamiokande探测器中，观察到日本质子加速器研究复合体（J-PARC）中的中微芽和抗内血芽孢杆菌。在Neutrinos和Anteineutrinos之间发现振荡差异将提供关于如何形成宇宙的基本线索。
实验的最大任务是生产众多中微子和抗内芽孢唑醇。在T2K实验中，使用J-PARC质子加速器通过将质子加速到光速附近并将其粉碎成靶材料来产生中微子。为了扩大我们对中微子振荡的调查，我们需要通过增加通过加速器供应质子的速率来生产更多的中微子。然后，一旦质子束进入主环，我们需要更强大的电磁铁以控制梁在环绕环时（图1）。
图1. J-PARC的鸟瞰图显示了红色质子束的主环和路径。
我们通常与我们通常合作的制造商都无法为电源转换器设计，可以在预算中提供这些更强大的电磁铁所需的电源。因此，我们决定通过制定控制软件来帮助工程努力。
Neutrino Research是一个激烈的竞争领域，我们需要与从事类似研究的美国和欧洲的实验室保持步伐。为了速度开发并保持降低成本，我们使用基于模型的设计开发了电源控制软件，使用模拟设计了模拟金宝app®并使用HDL Coder™部署到FPGA。基于模型的设计使我们能够以优于主要制造商提供的估计数量低60％的费用开发控制软件，并将开发时间减少超过50％。
我们的挑战：几乎将电压与J-PARC电磁铁提供的电压几乎加倍
为了欣赏较大的电源是我们对研究的重要性，它有助于了解J-PARC的生成和检测中微子的过程。首先，我们使用线性加速器将负氢离子加速至约4亿电子伏特（MEV）。使用J-PARC同步rotron，我们将离子转换为质子，并在J-PARC的小环中加速质子为13亿电子伏（GEV），其周长约为350米。然后将质子引导到主环，（在圆周中约为1.5km），在靶向中性生成设施之前，它们在30 gev中加速到30 gev。在最后的阶段，在位于Ikeno山的中微子天文台观察到中微子，距离295公里。
在主环（图2）中，弯曲和四极电磁铁通过施加精确同步的磁场来控制质子束的轨迹。
图2. J-PARC主环，显示用于控制质子束轨迹的弯曲和四极电磁铁。
对于我们即将到来的实验，我们需要提供更多质子，这意味着减少切换所需的时间量（或周期）电磁铁从2.48秒到1.3秒。切换电磁铁所需的时间与施加的电压成反比，这意味着我们必须几乎加倍电压，对应于大约100 MW的总输出功率而不是电网能够提供。
设计和实施电源转换器控制器
转换器有两个主要组件：三相AC-TO-DC电压转换器用于对大电容器充电，以及从电容器供电到电磁铁的斩波器（图3）。
图3.新型电磁电源单元的原理图。
我们设计电源转换器控制器的目标之一是通过在执行实际硬件上进行测试之前通过仿真来验证我们的设计。我们开始使用Simulink，Simscape™和Simscape Electrical™创建电源三相AC / DC转换器和斩波器的工厂模型。金宝app然后，我们创建了一个完整的控制器和工厂的系统模型（图4）。
图4.电源转换器及其金宝app控制器的Simulink模型。
控制器模型包括用于直流电压控制，有源功率控制，无功控制和脉冲宽度调制的子系统，以及用于在三相信号和直接正交（DQ0）之间执行直接正交变换的元件参考帧（图5）。
图5.控制器子系统的金宝appSimulink模型。
我们为我们设计的第一个版本选择了FPGA，因为我们需要控制多个模块，并且FPGA的输入/输出能力使得微控制器具有相对较少的输入和输出。基于模型的设计的一个优点是，如果我们选择将来重新部署在微控制器上，我们将能够使用嵌入式编码器从现有的控制器设计中生成C代码®并非常快速地在新目标上运行。
运行模拟以验证设计和调谐控制参数后，我们生成了合成的Verilog®使用HDL编码器来自我们的控制器模型的代码。
我们将此代码部署到来自英特尔飓风的设备®FPGA系列并使用较小版本的生产电源进行测试。我们验证了来自该设置的波形匹配模拟结果中显示的波形，只有轻微的偏差。
最后，我们在实际功率转换器硬件上进行了测试并验证了FPGA控制器。
我们已经完成了第一个配备了基于FPGA的控制器的电源转换器单元的实施。我们目前正在建立J-PARC的整个主环所需的剩余单位。当这些单位的构建完成时，我们预计使用这套新设置开始中微子振荡实验。
