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Einstellung der Arbeitspunkte

Die Arbeitspunkte eines Speicherrings beschreiben die Anzahl sogenannter Betatronschwingungen des gespeicherten Teilchenstrahls pro Umlauf. Sie sind wichtige Einstellparameter für einen stabilen Betrieb und müssen daher ständig überwacht und bei Bedarf nachgeregelt werden. Die Arbeitspunkteinstellung erfolgt dabei mit Hilfe von strahlfokussierenden Qudrupolmagneten. Dazu stehen im DELTA-Speicherring 3 horizontal und 4 vertikal fokussierende Quadrupolkreise zur Verfügung, die jeweils in den Bögen des Rings angeordnet sind. Für die automatische Regelung wird seit vielen Jahren ein klassisches Proportional-Integral-Differential (PID)-Rückkopplungssystem eingesetzt.

Simulierte Arbeitspunktberechnungen (Qx, Qy) mit ein- und ausgeschaltetem supraleitenden Wigglermagneten (SAW).
Struktur des neuronalen Netzes zur ML-basierten Arbeitspunktkorrektur.
"Necktie"-Stabilitätsdiagramm für eine Triplett-Basiszelle (Insert) des DELTA Speicherrings. Farblich dargestellt ist der horizontale Arbeitspunkt pro Zelle in Abhängigkeit von den Quadrupolstärken (QF, QD).

Dieses System wurde testweise durch eine ML-basierte Steuerung ersetzt. Dazu wurden zunächst Quadrupolstärken (Aktordaten) sowohl systematisch als auch zufällig variiert und die entsprechenden Arbeitspunktverschiebungen (Sensordaten) gemessen. Diese Sensor/Aktor-Messpaare dienen als Datenbasis für das überwachte Training von klassischen "flachen" (nicht tiefen) vorwärtsgerichteten neuronalen Netzen. Während des Trainings "lernen" die Netze die Korrelation zwischen Quadrupolstärkenänderung und Arbeitspunktverschiebung und können anschließend zur automatischen Korrektur eingesetzt werden. Dieses Verfahren wurde sowohl für den simulierten Speicherring als auch im realen Maschinenbetrieb erfolgreich eingesetzt. Weitere Details sind im internen Bericht sowie in den Konferenzbeiträgen IPAC-21 und ICALEPCS-21 zu finden.