结果T2K实验建议中微振荡可能持有理解关于宇宙的根本问题的关键：为什么它在大爆炸被认为产生的两者都有相等的两者时，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，其中在距离Superkamiokande探测器距离酒店位于295千米的Superkamiokande探测器中，在日本质子加速器研究复合体（J-PARC）中生成的中微芽和Antineutrinos。在中微子和Anteineutrinos之间发现振荡差异将提供关于我们宇宙的形成方式的基本线索。
实验的最大任务是产生大量的中微子和反中微子。在T2K实验中，中微子是由J-PARC质子加速器通过将质子加速到接近光速并将它们撞击到目标物质而产生的。为了扩大我们对中微子振荡的研究，我们需要通过增加加速器提供质子的速度来产生更多的中微子。然后，一旦质子束进入主环，我们需要更强大的电磁铁来控制质子束绕环运动(图1)。
图1所示。J-PARC的鸟瞰图，红色显示质子束的主环和路径。
我们通常合作的制造商中没有一家能够在我们的预算范围内设计出功率转换器，为这些更强的电磁铁提供所需的功率。因此，我们决定通过自己开发控制软件来帮助工程工作。
Neutrino Research是一个激烈的竞争领域，我们需要与在美国和欧洲的实验室保持同类研究的实验室。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Simulink开发了基于模型的设计金宝app®并使用HDL Coder™将其部署到FPGA。基于模型的设计使我们能够以比主要制造商提供的估计低60%的成本开发控制软件，并将开发时间缩短了50%以上。
我们的挑战：几乎将提供给J-PARC电磁铁的电压几乎加倍
为了了解更大的电源对我们的研究有多么重要，它有助于理解在J-PARC产生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到大约4亿电子伏(MeV)。利用J-PARC的同步加速器，我们将离子转化为质子，并在J-PARC的周长约350米的小环中将质子加速到13亿电子伏(GeV)。然后这些质子被定向到主环(周长约1.5公里)，在那里它们被加速到30gev，然后被定向到中微子产生设施。在最后阶段，在295公里外池野山下的中微子观测站观测中微子。
在主环（图2）中，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。
在我们即将进行的实验中，我们需要提供更多的质子，这意味着减少转换所需的时间周期）电磁铁从2.48秒到1.3秒。切换电磁铁所需的时间与所施加的电压成反比，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 - 比电网更能提供。
电源转换器控制器的设计与实现
该变换器有两个主要部件:用于对大电容器充电的三相交直流电压变换器，以及从电容器向电磁铁供电的斩波器(图3)。
图3.新型电磁电源单元的原理图。
我们在设计电源转换器控制器时的目标之一是在执行实际硬件上进行测试之前通过仿真验证我们的设计。我们首先使用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之间执行直接正交零变换的元件（DQ0）参考帧（图5）。
图5。金宝app控制器子系统的Simulink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/输出能力使得具有相对较少的输入和输出的微控制器优选。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，我们将能够通过嵌入式编码器从现有的控制器设计中生成C代码®很快就能找到新的目标。
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®代码从我们的控制器模型使用HDL编码器。
我们把这段代码用在了英特尔的旋风设备上®并使用更小版本的生产电源对其进行了测试。我们验证了这个设置的波形与仿真结果中显示的波形相匹配，只有很小的偏差。
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。
我们已完成第一个配备基于FPGA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。我们希望在完成这些单位的构造时，开始使用这种新设置进行中微振荡实验。
