Die Gruppe **Maschinensteuerung** in der Abteilung **System Design SIS100/SIS18** widmet sich der Entwicklung von Softwaresystemen für die Steuerung der Beschleuniger der FAIR-Anlage. Ihre Mitglieder, die aus Physikern und einem Ingenieur bestehen, verfügen zusammen über ein tiefgreifendes Verständnis von Beschleunigerphysik, umfangreiche Erfahrung mit dem Betrieb von Beschleunigern und langjährige Erfahrung in der Entwicklung von Software zur Maschinensteuerung. Sie sind darüber hinaus mit Funktionsweise und Schnittstellen sowohl der technischen Geräte als auch des Kontrollsystems vertraut. Die Gruppe pflegt einen intensiven Austausch mit den für die Geräte und das Kontrollsystem verantwortlichen technischen Fachgruppen und dem Betrieb.

Für die Steuerung von Ringbeschleunigern erweist sich die enge Verzahnung der Gruppe Maschinensteuerung mit der Gruppe Systemplanung als äußerst nützlich. Um Konzepte zur Steuerung von Beschleunigern entwickeln zu können, müssen nämlich häufig strahldynamische Simulationen durchgeführt werden. Die Mitarbeiter*innen der Gruppe Systemplanung tragen dazu mit ihrer Kompetenz auf diesem Gebiet wesentlich bei. Andererseits unterstützt die Maschinensteuerung auch die Systemplanung, etwa bei der Vorbereitung und Durchführung von Maschinenexperimenten zur Weiterentwicklung der Beschleuniger.

Was versteht man/frau unter Maschinensteuerung?

Die Funktion eines Ringbeschleunigers wird durch physikalische Parameter beschrieben. Dazu zählen die grundlegenden Strahleigenschaften (Ionensorte, Energie, Intensität, Emittanzen), Eigenschaften des Beschleunigers (Arbeitspunkt, ionenoptische Funktionen, Steilheit der Beschleunigungsrampe), sowie Informationen über die Art und Weise der Injektion des Strahls in die Maschine und der Extraktion des Strahls aus der Maschine.

Demgegenüber ist die Arbeitsweise der Geräte, die den Strahl in der gewünschten Weise beeinflussen sollen, durch die Vorgabe technischer Parameter bestimmt. So werden die Magnete des Beschleunigers durch Netzgeräte betrieben, deren Aktivität durch den zeitlichen Verlauf des Stroms in den angeschlossenen Magneten definiert ist. Für den Betrieb einer HF-Kavität müssen wiederum Gapspannung und Frequenz als Funktion der Zeit vorgegeben werden.

Eine der beiden zentralen Aufgaben der Maschinensteuerung besteht darin, die Werte für die **physikalischen Parameter** der Maschine in konsistente Vorgaben für den zeitlichen Verlauf der technischen Parameter aller Geräte, sogenannte **Sollwerte**, zu übersetzen, damit die Geräte auf den Strahl synchron in der gewünschten Weise einwirken. Diese Übersetzung erfordert ein **Maschinenmodell**, dessen Eingabeparameter die physikalischen Parameter des Beschleunigers und dessen Ausgabeparameter die Sollwerte aller Geräte sind.

Zur Berechnung der Geräte-Sollwerte aus den physikalischen Parametern werden einerseits beschleunigerphysikalische Zusammenhänge unter Verwendung der spezifischen ionenoptischen Eigenschaften des Beschleunigers herangezogen, andererseits aber auch gerätespezifische Daten verarbeitet, wie etwa die Erregungskurven der Magnete.

Da die Geräte des Beschleunigers in der Realität immer unvermeidbare Abweichungen von ihrem idealisierten Verhalten in den theoretischen Modellen zeigen, enthält jeder Beschleuniger Korrekturelemente, die zur Verringerung der Abweichungen vom idealen Verhalten eingesetzt werden. Das Maschinenmodell stellt daher neben den physikalischen Parametern, welche die Funktion des Beschleunigers beschreiben, auch physikalische Parameter für die Verwendung der Korrekturelemente zur Korrektur von erwarteten Abweichungen zur Verfügung.

Allerdings sind die Abweichungen in der realen Maschine nur begrenzt vorhersehbar. In die Entwicklung des Maschinenmodells fließen zwar Erfahrungen mit dem Betrieb von Beschleunigern ein, doch gibt es in der Praxis immer Abweichungen, die sich mit den Parametern des Modells nicht zufriedenstellend korrigieren lassen.

Ob der Strahl die geforderten Eigenschaften hat, wird an Beschleunigern mit den Messinstrumenten der Strahldiagnose überprüft. Wenn die Messungen Abweichungen vom gewünschten Verhalten anzeigen, können daraus unter Verwendung beschleunigerphysikalischer Zusammenhänge Korrekturwerte für Geräte berechnet werden, die geeignet sind, die Abweichungen zu minimieren. Diese zweite zentrale Aufgabe der Maschinensteuerung übernehmen Systeme zur **strahlbasierten Messung und Regelung**.

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