AMS系统

AMS系统（共4篇）

AMS系统 篇1

摘要：分析了AMS系统在HART智能仪表管理与维护中的4种解决方案,以某大型炼油化工企业常减压装置为例,阐述了基于多路转换器的工厂信息网结构,给出了针对HART协议的AMS系统网络配置和C/S模式组态,分析了项目实施过程中的难点和重点,列出了AMS系统实施传统仪表维护的优势。

关键词：AMS系统,HART仪表,网络配置,C/S模式组态

HART协议基于传统4~20m A模拟量传输的设计,具有稳定性好、双向通信等优势,被工业自动化领域广泛应用[1]。Emerson公司在智能设备管理领域的AMS系统软件紧密贴近HART技术的发展,有机地将它纳入产品的设计体系,为企业的仪表设备维护提供了有力工具[2,3]。AMS系统凭借先进的设计理念、简明的网络架构和强大的设备管理功能,依托与Delta V DCS的有机结合,可高效管理DCS通信卡件中的HART智能仪表等设备;同时,依托成熟的TCP/IP、485通信协议和光电转换模块,AMS系统有机地实现了对第三方系统中的智能设备的组态、校准、报警和报表管理,极大地提高了仪表工程师进行仪表维护与诊断的效率。

1 HART网络方案①

在AMS系统的工程实施前期,需要对工厂的仪表分布和网络架构进行全面分析,以便于具体方案的确定和软硬件的配置。按照HART仪表接入工厂信息网的硬件链路方式,可将AMS系统中涉及到的HART网络拓扑类型分为以下4类。

1.1 Delta V卡件

如图1中的虚线框1所示,AMS系统中的服务器与客户端是作为DCS中的节点而存在的,由于Delta V系统主副控制网络中各站与控制器中的数据通过OPC协议实现实时更新,而控制器及其总线底板下的各模块量卡件均支持HART协议,故可直接读取HART仪表,并分离出HART信号作为独立数据传送到AMS系统服务器中参与设备维护。因此,AMS系统服务器可依托于Delta V系统的工厂主副控制网直接读取DCS中的HART智能仪表,并提供给客户端相关服务功能参与维护。

1.2 多路转换器

如图1中的虚线框4所示,由于工艺要求现场存在多套生产装置,因而会有多套控制系统或安全系统并存的情况,而每套系统中均有大量HART仪表需要进行维护管理,非Delta V系统中的智能仪表由于无法直接连入Delta V控制网络进入AMS系统服务器,而需要借助独立的多路转换器对仪表设备中的HART信号与传统模拟量信号进行分离和采集,将模拟量信号接入原有控制系统,而将HART信号转为485双工信号后经485/Ethernet转换器并联入工厂信息网通过光电和电光转换实现远距离传输,最终通过TCP/IP协议接入AMS系统,工程师可以通过AMS系统将相应的维护与组态指令下传进入每个多路转换器寻址的相应HART设备,从而实现通过AMS系统服务器对第三方系统的智能设备进行维护和监控的目标。

1.3 HART Modem

如图1中的虚线框2所示,此情形可作为多路转换器的替代解决方案,即来自第三方系统中的HART智能仪表由于无法直接通过Delta V控制网络,而需要额外的HART分离与提取硬件并传输进入AMS系统服务器;但走的网络链路是截然不同,现场HART仪表首先接入HART Mod-em,而后转换为USB串口信号接入服务器的串口通信接口上,AMS系统服务器则通过配置相应的HART Modem网络参数读取仪表信息。

此类型方案的缺点之一是为了避免影响轮询时间而建议HART Modem所连接的仪表数目不宜超过16台;缺点之二则是由于直接利用了HART Modem输出的USB信号而影响了其实际工业应用的可行性。因此,这种类型的方案大多用于在现场进行仪表的通信调试和网络诊断阶段的工具。

1.4 无线网关

如图1中的虚线框3所示,工业现场增补或是非关键区域在施工阶段,考虑到工程成本造价和维护成本,会考虑选购无线HART仪表,它本身只是现场监测而非重要数据,但仪表的维护与监控数据对AMS系统同样重要,因此,需要借助合理分布的无线网关蜂窝网络获取到分散四处的智能仪表,然后借助TCP/IP协议进入工厂信息网络,通过这一拓扑结构来实现HART信号的提取与传输,从而实现通过AMS系统服务器对它们进行维护与监控的目的。

2 AMS系统方案实施

上述4种方案,以多路转换器为基础的AMS系统网络拓扑在实施过程中因其集成速度快、工程成本低及网络稳定性好等优点而在工业现场得到广泛认可和应用。某大型化工企业的常减压装置分为DCS系统和SIS系统,其中DCS系统采用Delta V集散控制系统,而SIS和ITCC则采用北京康吉森的Tricon安全系统,同时在原料罐区安装了大量先进的Rosemont无线智能仪表。AMS系统实施过程中也采用了基于多路转换器的方案。

2.1 网络配置

如图2所示,该常减压装置中来自SIS系统的HART智能仪表的4~20m A模拟量信号直接接入相应系统的模块量卡件,因此增加了相应的多路转换器来进行4~20m A模拟量信号与HART信号的分离,而分离出的HART则通过多路转换器输出485双工信号,而后经过485转Ethernet转换器连接至工厂信息网,中间经过光纤延长通信距离,连接至位于中央控制室的AMS系统服务器,通过服务器内配置的虚拟串口取得智能仪表的HART信号。

AMS系统获取多路转换器下的HART智能仪表信号的关键在于网络通信的硬件选型与设置。本装置中,多路转换器选用HIDMux2700,属于24V机柜轨道式安装;而485/Ethernet转换器选用NPort IA5150AI,同样属于24V机柜轨道式安装,且具有浪涌保护。

按图3中的参数表通过拨码开关对HID-Mux2700进行设置,通过MOXA的配置软件NPort Administrator按照图4中的参数对485转以太网转换器进行扫描和设置,首先通过扫描查到默认IP地址的485转以太网转换器,然后利用COM MAPPING选项来对NPort IA 5 1 5 0 AI的IP地址和串口通信参数进行修改,并同步将参数烧制到转换器物理固件中。在完成对转换器的设置后,表明从AMS系统服务器到多路转换器的物理层已连通。接下来可以通过服务器的设置,直接读到转换器下的智能仪表。

2.2 C/S配置

AMS系统采用客户端/服务器模式的工作机制,所安装AMS系统软件版本为V11.1.1c,对应的操作系统为Window Server 2008 SP2和Windows 7 SP1。对于AMS系统服务器的设置如图5所示,AMS系统客户端的设置如图6所示。为了保证工厂信息网各节点通信正常,设置AMS系统服务器与客户端的IP分别为172.24.64.222与172.24.16.21。需注意的是,首先要安装设置好服务器,并对服务器进行授权认证,之后在客户端侧必须保证它与服务器的网络Ping通后才可以加入AMS系统网络。如果作为Delta V的节点工作,还需要对AMS系统各节点进行下载,以同步网络信息。

如图7所示,需要在AMS系统服务器上对多路转换器进行再次设置,包括HART多路转换器的扫描地址范围等,以确保AMS系统中的网络参数与机柜内部多路转换器的硬件设置保持一致,从而使AMS系统服务器能够通过485寻址建立与多路转换器的通信。通过对多路转换器的485寻址范围进行设置,可确定从AMS系统读取到的仪表数量。在AMS系统过程中很重要的一个设置是关于多路转换器的主从模式,由于AMS系统通过多路转换器从第三方系统中将仪表的HART信号分离并传输,故应将原控制系统作为主系统,而将AMS系统作为从系统来处理。在以上配置与调试后,表明从现场仪表到服务器的整个物理网络已经满足软件调试的必要条件,接下来通过AMS系统软件进行组态与设置。

当完成图7所示的网络配置后,会在AMS系统中出现Multiplexer Network的网络节点,此时执行“Rebuild Hierarchy”时,AMS系统会按照图示参数进行HART网络拓扑结构的构建与轮询确认。图8所示为MOXA转换器下仅连接一块多路转换器时的网络结构,执行”Scan all devices”命令轮询包括HIDMux 2700和所有HART智能仪表的HART信息并同步到AMS系统中。由图8可以看到,此时可以对任一仪表设备进行监控、组态、诊断及仿真等。依次完成其他多路转换器下所有仪表的接线与扫描,即可将现场所有HART智能仪表收入AMS系统,建立相应AMS系统数据库并进行优化整理,建立起相应的报警机制,即可实时进行仪表设备的监控和维护。

3 结束语

相对于传统手操器设置和其他3种AMS系统网络实施方案,基于多路转换器的网络结构可灵活地将任一支持HART协议的设备接入AMS系统,极大地提高了工厂信息化管理水平,将仪表工程师从繁琐的现场组态与调试工作中解放出来。AMS系统的实施因为借助工厂信息网而使得规模不受限制,可在项目任何阶段进行而不影响正常生产。

参考文献

[1]刘龙龙.HART多路复用器研究及其硬件系统设计[D].上海:华东理工大学,2014.

[2]谢碧蓉,向贤兵,高倩霞,等.AMS系统智能设备管理系统的应用[J].重庆电力高等专科学校学报,2013,18(6):59~62.

[3]陈西杰,许明姝.AMS系统简介及电站应用实例[J].自动化博览,2001,18(2):11~12.

AMS系统 篇2

EDA是现代电子系统设计的关键技术。硬件描述语言VHDL以其“代码复用”(code re-use)远高于传统的原理图输入法等诸多优点,逐渐成为EDA技术中主要的输入工具。然而,基于IEEE VHDL Std 1076-1993标准的VHDL只用于描述数字电路。因而从理论的完整性和方法的统一性方面来说,这无疑是一个缺点。为此,IEEE于1999年发布了IEEE VHDL Std1076.1标准[1],扩展了VHDL对模拟电路及混合信号系统的描述和仿真能力。1076标准和1076.1标准所定义的硬件描述语言,称为VHDL-AMS。

PID控制是最早发展起来的控制策略之一,其算法简单、鲁棒性好、适用性强,广泛应用于过程控制和运动控制中,特别适用于可建立精确数学模型的确定性系统中。

本文介绍VHDL-AMS的新概念和新特性。通过对PID控制原理进行数学分析,建立PID控制器的数学模型,实现PID控制器的VHDL-AMS行为级建模,并进行仿真分析。

2 VHDL-AMS的新特性

集总参数连续时间系统的行为描述通常是用微分代数方程组来进行描述,即:

其中F是表达式的向量形式,x是未知变量的向量形式,dx/dt是未知变量的向量形式的导数(包括一阶导数和高阶导数)。在VHDL-AMS语言中新增的第一个概念是用于定义表示微分/代数方程组中的未知量的关键字量(Quantity)。量是浮点的标量类型,在VHDL-AMS中可以在任何可以用信号signal描述的地方出现。

VHDL-AMS中新增加的第二个概念是端点(terminal),用于定义守恒系统端口的端点及内部的端点。端点可以在任何可以用信号signal描述的地方使用,而且端点还可以作为实体的接口允许在PORT语句中使用。

IEEE Std VHDL 1076.1补充了一类新语句,即用于描述连续系统行为的联立语句。联立语句的格式为:

[标号:]表达式==表达式

联立提供了表示微分/代数方程的方法,可以直接描述系统输入、输出间的关系或守恒系统中的支路方程。通过求解联立语句中的微分/代数方程组,从而解出满足方程组的量的解。

另外,在VHDL 1076的基础上,VHDL-AMS新增了16种预定义属性,可以分为四类:数据类型类、容差类量类和信号类这些新增的预定义属性使得VHDL-AMS具有更为强大的行为描述能力。例如,预定义属性LTF(num,den)/ZTF(num,den)用于建立模拟/离散量的Laplace/Z域传递函数,其中num、den分别为分子、分母多项式的系数。LTF/ZTF属性对主要以传递函数为分析和设计的控制系统建模变得非常方便。

3 VHDL-AMS控制系统分析和设计的应用

在模拟控制系统中,控制器最常用的控制规律是PID控制。模拟PID控制系统原理框图如图1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。

PID控制器主要由三部分组成:比例环节,积分环节和微分环节。其中比例环节反映控制系统的偏差信号e(t),偏差一量产生,控制器立即产生控制作用,以减少偏差;积分环节主要用于消除静态误差,提高系统的无差度;微分环节反映偏差信号的变化趋势,并能在偏差信号变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减少调节时间。

PID控制器是一种线性控制器,根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差:

PID的控制规律为:

式中kP为比例系数;TI为积分时间常数;TD为微分时间常数。

将式(2)写成传递函数的形式:

设定kP=60,TI=60,TD=0.05,由式(3)可对PID控制器建模如下:

SystemVision是Mentor Graphics公司开发的支持VHDL-AMS的Windows集成开发环境。在SystemVision环境下,由文中的VHDL-AMS程序建立PID控制器模型,并以二阶线性传递函数G(s)=为被控对象,建立图2所示的仿真分析系统。

设给定信号r(t)=Asin(2πft),其中A=1.0,f=0.2 Hz,仿真时间为50 s。仿真得到PID控制器的正弦响应波形如图3所示。

设给定信号r(t)为单位阶跃信号ε(t),仿真时间为0.1 s。仿真得到锁相环的波形如图4所示。

由仿真结果可以看出,PID控制器控制过程快速、准确、平稳,具有良好的控制效果。还可进一步调整PID参数,分析相关参数对控制性能的影响。

4结语

VHDL-AMS突破了VHDL只能设计数字系统的限制,在控制、机电等多域系统(Multi descriplines systems)分析与设计中应用越来越广,特别是在以传递函数为系统分析与设计工具的控制系统中应用简捷方便。随着VHDL-AMS综合技术的突破,VHDL-AMS将会逐步取代VHDL,在电子工程设计和多域系统设计领域发挥越来越重要的作用。

摘要：硬件描述语言VHDL在现代电子系统设计中应用广泛,但VHDL只能用于设计数字系统。具有混合信号系统描述能力的硬件描述语言VHDL-AMS是目前电子设计技术的新发展,能实现数字系统和模拟系统设计方法的统一,目前仍处于研究阶段。介绍VHDL-AMS的新特性,通过对PID控制原理进行数学分析,建立PID控制器的VHDL-AMS模型,并进行仿真分析。可以看出,应用VHDL-AMS使得控制系统的建模和仿真分析更加简捷有效,因此具有良好的应用前景。

关键词：硬件描述语言,混合信号系统,VHDL-AMS,PID

参考文献

[1]Analog and Mixed Signal Extensions to IEEE StandardVHDL.The Institute of Electrical and Electronics EngineersApproved 18 Match,1999.

[2]Peter J Ashenden,Greg D Peterson,Darrel A Teegarden.The System Designer′s Guide to VHDL-AMS.ElservierScience(USA),2003:711-716.

[3]刘金琨.先进的PID控制Matlab仿真[M].2版.北京:电子工业出版社,2004.

[4]张俊涛,陈晓莉.锁相环的VHDL-AMS建模与仿真分析[J].微电子学与计算机,2006,23(2):169-171.

[5]张俊涛,徐丹?,于海勋.数模混合电路的建模与仿真分析[J].陕西科技大学学报:自然科学版,2004,22(6):57-61.

AMS系统 篇3

一、常用存储技术对比与选择

1.1 DAS结构DAS DAS (Direct Attached Storage，直接附加存储）是指将外置存储设备通过连接电缆，直接连到一台计算机上。数据存储是服务器结构的一部分，与操作系统没有分离。它的缺点：一是当存储容量增加时，较难扩展；二是当服务器出现异常时，会使数据无法获得。

1.2 NAS结构NAS (Network Attached Storage, 网络附加存储）是将存储设备通过标准网络拓扑结构，连接到一群计算机上。N A S是部件级的存储方法，重点在于帮助工作组和部门级机构解决迅速增加的存储容量。NAS没有解决备份过程中带宽消耗，另外N A S将存储事务由并行S C S I连接转移到了网络上，使LAN除了处理正常的最终用户传输流外，还必须处理包括备份操作在内的存储磁盘请求。

1.3 SAN结构SAN（存储区域网络）是一种将磁盘存储阵列与通用服务器用专用光纤连接起来的专用网络，它将目光集中在磁盘、磁带以及连接它们的可靠的基础结构上。在SAN中，光纤将服务器和磁盘阵列、磁带库等存储设备连接起来组成一个可高速访问的专用网络，支持对数据的高速存取。使用光纤对SAN进行部署提高访问速度的同时大大提高了整个网络的吞吐能力和带宽使用率。SAN具有（1）可无限扩容；（2）容灾能力强；（3）可靠传输和备份等优点；（4）支持异构服务器。因此SAN就成为福州市第一医院（以下简称市一医院）存储技术的不二选择。

二、方案设计

市一医院选择Hitachi公司的HDS AMS2100存储系统和两台Cisco 9124光纤交换机（如图1所示）构建一个基础的SAN网络信息平台，为整个架构的扩展，备份的实施以及容灾系统的建立打下良好坚实的基础。每台服务器选用2块的HBA卡通过光纤线连接至光纤交换机，实现从服务器到存储之间的双通道冗余，排除存储系统的单点故障，保证数据访问的高可靠性。连接2根光纤把AMS2100的控制器也连接到光纤交换机，这样就建立了服务器到存储系统的数据访问链路。我们选择的AMS2100具有以下特点：

·提供了双控制器4GB Cache, 4×4Gbps光纤接口。

·它特有的Active-Active Symmetric的对称均衡控制器架构，实现前后端访问的自动负载均衡。

·基于前端FC的点到点、后端SAS的点到点的高性能体系架构

·高安全性-99.999%的高可用性，没有单点故障；冗余的、可热插拔的组件

·带有电池保护功能的镜像写入缓存、ECC内存

·在线微码升级，通过对称均衡控制器架构支持单前端FC口接入就可以实现在线微码升级

下面就AMS2100配置步骤做个详细介绍：

1、用笔记本连接Cisco9124控制口，配置zone，每个zone中必须含有AMS2100存储与光纤交换机连接的端口以及每台服务器连接至该光纤交换机的端口。根据实际情况在Cisco9124划分3个Zone，详细配置如下：

2、通过浏览器直接访问AMS2100存储（默认IP地址：192.168.0.16或192.168.0.17），进行基本状态的检查和相关的维护。

3、若要对AMS2100存储进行配置，则需要通过SNM2。AMS存储的管理是三层架构，浏览器->服务器->存储，SNM2是服务器软件，客户端使用浏览器方式进行。如下图所示：

3.1安装管理软件SNM2

安装管理软件之前必须保证SNM2服务器与存储间能够正常通讯（即在SNM2服务器上配置192.168.00/24的IP地址）。SNM2服务器必须安装有JRE1.6，且此服务器没有使用AMS2100存储。

初次使用需对存储进行注册及初始化，修改系统时间，输入License，设置Hos-Spare。接着配置Raid Group，创建LUN，格式化LUN。映射LUN，根据需要将相关端口的Host Group Seccurity设置为Enable;同一端口有不同配置的服务器（平台、多路径、群集、LUN等）共享访问。绑定WWN，绑定前面通过交换机创建的Zoneing的WWN。至此配置基本结束。通过划分LUN将8T左右的空间分别给HIS、PACS二级库、备份服务器使用，实现资源的有效利用与整合。

4、在HIS、PACS二级库、备份服务器操作系统中，安装了HDS通道管理软件HDLM，通过该软件操作系统可以把来自冗余路径中的存储空间进行管理整合。在OS的磁盘管理中, 我们只会看到整合好后的磁盘设备。接着我们就可以进行正常的分区格式化使用。而在系统后台HDLM软件将对所有的该磁盘的I O操作进行多通道的负载均衡，充分利用AMS2100性能，数据传输能力达到8GB。而当冗余结构中的任何部件如HBA卡、光纤线、存储控制器出现故障，都会实现无缝切换，保证数据传输的高可靠性。

三、结束语

通过SAN存储架构来整合数据，并利用HDS AMS2100存储系统构建医院的的基础数据业务平台。增强了I/O性能和数据存取的均衡负载。完全实现了医院高效集中存储和有效备份的要求。

摘要：随着医院数字化进程的推进及信息与数据资源的飞速增长及存储安全的考虑, 福州市第一医院选择以HDS AMS2100存储系统为基础平台, 采用SAN技术为核心存储、整合数据, 从而实现了统一数据存储平台, 保障了网络业务的高效、正常运行。

关键词：AMS2100,SAN,存储网络

参考文献

AMS系统 篇4

AMS实验由丁肇中教授领导,通过分析放置在空间站的精密磁谱仪(AMS)获得的实验数据以寻找太空中的反物质、暗物质[1]。该磁谱仪利用魔环永磁结构达到无铁、无漏、无处不均匀的设计目标[3],作用是产生恒定磁场,通过测量粒子在磁场中的运动轨迹获知所测粒子类型[2,7]。目前已有一些对永磁魔环磁场分布的研究。文献[4]给出了无限长永磁魔环内部磁密的表达式,并没有考虑高度有限长造成的内部磁场不均匀的情况。文献[5]从磁路角度给出了永磁魔环磁场分布的计算方法,取得了一定的效果,但难以求出任一点的磁场各方向分量。从目前研究情况上看,基于等效面电流模型的永磁魔环磁场的三维解析计算及漏磁场分布的研究未见报道。

本文推导了一种基于等效面电流模型的有限长度魔环永磁体三维磁场解析计算方法,据此得到了永磁体轴向和径向磁场分布情况,同时建立了AMS永磁体磁场计算的有限元模型,并进行了有限元分析,将解析解与有限元解及实测值进行了比较,结果表明本文推导的解析方法精度更高。另外,论文还给出了AMS永磁体漏磁场分布的解析计算结果,为判断AMS永磁体对周围设备的影响提供了理论依据[6]。

2 AMS永磁体磁场解析计算

AMS永磁体是由64根大小相同,磁化方向均匀变化的磁棒拼接而成的空心圆柱体,如图1(a)所示。其内径R1=0.561m,外径R2=0.649m,高度H=0.8m,相邻磁棒之间的磁化方向相差11.25°,磁棒为成对安装,相邻两根磁棒为一对,每对磁棒间间隙为2.5mm[2]。所有磁棒在磁体内部产生的合成磁场为2极磁场。为便于后续讨论,图1(a)给出了约定的磁棒编号。图1(b)(c)给出了第i根磁棒形状的示意图。考虑到相邻两对磁棒间隙,图l(c)中φi1与φi2由下式给出

式中,R1为AMS永磁体内径,δ为相邻两对磁棒间隙,N为磁棒总数。

本文采用圆柱坐标系(r,φ,z)进行理论分析,坐标原点位于永磁体几何中心处,设(r0,α0,h0)为待求场点的柱坐标。

假设永磁体均匀磁化,且磁化强度为,根据介质磁化理论,它在空间中产生的磁场可以用永磁体表面的面电流产生的磁场来等效

(2)

式中,;为永磁体表面外法线方向单位矢量。根据毕萨定律,可得到该面电流产生的磁场分布

式中,S'为整个永磁体表面,为从源点到场点的矢量,R为源点到场点距离。

设图1 (b)(c)所示的第i根磁棒磁化强度矢量,其中,m0=Br/μ0为磁化强度大小,Br为永磁材料剩磁,为X轴到磁棒磁化方向的角度。

由于图1(b)所示磁棒的磁化方向不垂直于其任一表面,因而其六个表面都存在等效面电流,需要分别进行讨论。

对于图1(b)中所示的面BCC’B’与面ADD’A’,等效面电流在场点(r0,α0,h0)处产生磁场可写为统一表达式

式中,面BCC'B'取j=l,Rd=R2,面ADD’A’取j=2,Rd=R1。

对于面ABB'A'与面DCC’D’,等效面电流在场点(r0,α0,h0)处产生磁场可写为统一表达式

式中,面ABB’A’取j=3,φd=φi1:,面DCC'D'取j=4,φd=φi2。

对于面A’B’C’D’与面ABCD,等效面电流在场点(r0,α0,h0)处产生磁场可写为统一表达式

式中,面A'B'C'D'取j=5,面ABCD取j=6。

因此,所有磁棒在场点(r0,α0,h0)处产生的磁场为

式中,为(4)～(6)式推得的第i根磁棒第j面等效面电流产生的磁密矢量。

3 AMS永磁体磁场有限元模型

AMS永磁体结构具有对称性,因此本文建立了AMS磁体的1/8模型,如图2(a)所示。图2(b)为永磁体网格剖分结果,由于受到网格剖分的限制,永磁体模型没有考虑相邻磁棒之间的间隙。

设图2(a)中平面XOZ为S1,XOY为S2,YOZ为S3,径向空气层外表面为S4,端部空气层外表面为S5,实体模型为Ω。根据磁场分布的对称性,得到式(11)所示的AMS永磁体磁场向量磁位有限元模型,并进行了有限元分析。

式中,V=1/μ为材料磁阻率,为永磁体等效面电流,为向量磁位。

4 计算结果与实测值比较与分析

本文用解析方法与有限元方法对AMS永磁体磁场分别进行了计算,并与实测值进行了比较,同时给出了AMS永磁体漏磁场分布的解析计算结果。以下涉及的坐标均根据图1中的坐标系定义。

4.1 内部磁场分布

图3(a)为AMS永磁体从中心点沿X轴到距磁棒0.2m处的磁场分布情况。解析解与有限元解非常吻合,与实测值相比,解析解误差更小,约为3～6%,磁体中心处误差稍大。计算值与实测值均显示内部磁密并非匀强磁场,端部效应较严重。

图3(b)为AMS永磁体从中心点沿Z轴到端面外0.02m处的磁场分布情况,解析解与实测值误差约为6～9%。由于端部效应,永磁体内部磁密由中心点沿轴向逐渐减弱,计算结果显示,端面中心磁密约为永磁体中心磁密值的60%,可见端面漏磁较大。

4.2 漏磁场分布

图4(a)为第1～16号磁棒外半径R=0.8 m,高为0≤Z≤0.8m的1/4柱面上漏磁场分布情况。总体上看,序号较小的磁棒外侧漏磁较大,靠近端面区域漏磁较大,但是16号磁棒外侧靠近端面区域漏磁反而最小。

图4(b)为端面外0.2 m处平行于XOY的平面上漏磁场分布情况。当场点沿X轴靠近磁棒时,端面漏磁先减小后增大,最大值位于永磁体内径上方,约为0.068T。

理想永磁魔环结构外应无漏磁场,但是由于AMS永磁体的磁化方向不是连续变化的,同时AMS永磁体长高比较小,这是产生漏磁场的两个重要原因。

由于解析法考虑到相邻两对磁棒间宽度为2.5mm的间隙,因而精度更高,对漏磁场的计算也更合理。在计算结果上,理论值与实测值仍存在一定误差,这一方面因为永磁材料计算参数与实际参数不完全一致,另一方面永磁结构受力会产生形变,致使理论计算依据的几何模型与实际结构存在差异,尽管如此,解析解与实测值误差在10%以内,是完全满足工程精度要求的。

5 结论

本文利用等效面电流模型推导了AMS永磁魔环三维磁场分布的解析计算公式,得到了AMS永磁磁场分布情况。该解析法具有计算准确、快捷的优点,所依据的几何模型更加切合实际情况,对AMS永磁体周向漏磁的计算也更合理。同时建立了AMS永磁体的有限元模型,并将解析解与有限元解及实测值进行了比较,表明解析解与实测数据误差更小,完全满足工程计算精度要求。本文还通过解析计算得到了AMS永磁魔环的周向漏磁场分布情况,为判断AMS永磁体对外部设备磁场环境的影响提供了理论依据。

摘要：准确计算阿尔法磁谱仪(AMS)永磁体磁场分布情况对于粒子类型的正确判定非常重要。本文推导了基于等效面电流模型的AMS永磁魔环磁场分布解析表达式，据此得到了AMS永磁体内部磁场分布情况，并与有限元解及实测值进行了比较，结果表明解析法精度更高。此外给出了AMS永磁体漏磁场分布的解析计算结果，为判断AMS永磁体对外部设备的磁场环境的影响提供了理论依据。

关键词：AMS,永磁魔环,解析法,等效面电流模型,漏磁

参考文献

[1]AMS Collaboration.Protons in near earth orbit [J].Phys Lett B.2000,472:215～226

[2]陈和生．阿尔法磁谱仪永磁体系统[J]．中国科学(A辑)．2000，30(6)

[3]夏平畴．用于α磁谱仪的永磁磁体的设计问题[J]．现代科学仪器．1998，(03)

[4]俎栋林等．静磁边值问题和魔球魔环式永磁体[J]．大学物理．2001，20(3)

[5]张一鸣等．永磁魔环的磁网络模型[J]．电工技术学报．2000，15(4)

[6]AMS Collaboration.Design and performance of a magnetic spectrometer for antimatter search in space [J].IEEE Trans on Nucl Sci.1999,46: 401～406