LLRFLibsPy库中sim_scav_step函数解读

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用于模拟射频（RF）腔体在一个时间步内的响应，包含机械模式的影响

source code: Github

这个函数 sim_scav_step 用于模拟射频（RF）腔体在一个时间步内的响应，包含机械模式的影响。函数的主要任务是通过一个时间步的模拟来更新腔体电压、反射电压和失谐值。以下是对这个函数的详细解读：

参数

  • half_bw: 浮点数，腔体的半带宽，单位是弧度/秒。
  • dw_step0: 浮点数，上一个时间步的失谐值，单位是弧度/秒。
  • detuning0: 浮点数，外部失谐值（包括调谐器和微音效应），单位是弧度/秒。
  • vf_step: 复数，本时间步的前向电压，单位是伏特。
  • vb_step: 复数，本时间步的束流驱动电压，单位是伏特。
  • vc_step0: 复数，上一个时间步的腔体电压，单位是伏特。
  • Ts: 浮点数，采样时间，单位是秒。
  • beta: 浮点数，输入耦合因子，默认值为10000。
  • state_m0: numpy矩阵（实数），上一个时间步的机械方程状态。
  • Am, Bm, Cm, Dm: numpy矩阵（实数），机械模式的状态空间矩阵。
  • mech_exe: 布尔值，是否执行机械模式的一个时间步模拟（用于降采样）。

返回值

  • status: 布尔值，表示是否成功。
  • vc_step: 复数，本时间步的腔体电压。
  • vr_step: 复数，本时间步的反射电压。
  • dw: 浮点数，本时间步的失谐值，单位是弧度/秒。
  • state_m: numpy矩阵（实数），更新后的机械方程状态。

步骤

  1. 输入检查:
    检查 half_bw、Ts 和 beta 是否大于0，如果不满足条件，返回失败状态和4个空值。

  2. 电路方程计算:
    通过欧拉方法离散化腔体的电路方程，计算本时间步的腔体电压 vc_step 和反射电压 vr_step。

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    vc_step = (1 - Ts * (half_bw - 1j*dw_step0)) * vc_step0 + \
              2 * half_bw * Ts * (beta * vf_step / (beta + 1) + vb_step)
    vr_step = vc_step - vf_step

  3. 机械方程更新和失谐计算:
    如果 mech_exe 为真并且提供了机械模式的状态空间矩阵，更新机械方程的状态 state_m 并计算新的失谐值 dw。否则，使用上一个时间步的状态 state_m0 和外部失谐值 detuning0。

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    if (state_m0 is None) or \
       (Am is None) or \
       (Bm is None) or \
       (Cm is None) or \
       (Dm is None) or \
       (not mech_exe):
        state_m = state_m0
        dw      = detuning0
    else:
        state_m = Am * state_m0 + Bm * (abs(vc_step) * 1.0e-6)**2
        dw      = Cm * state_m0 + Dm * (abs(vc_step) * 1.0e-6)**2 + detuning0

  4. 返回结果:
    返回模拟的结果，包括状态、腔体电压、反射电压、失谐值和更新后的机械状态。

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    return True, vc_step, vr_step, dw, state_m

总结

这个函数主要模拟了RF腔体在一个时间步内的响应过程，包括电路方程和机械方程的更新。通过输入参数和状态空间矩阵，可以计算腔体的电压和失谐值，从而为进一步的分析和控制提供数据支持。