Heterogeni hijerarhijski model upravljanja postrojenjem za modifikaciju i analizu materijala pomoću jonskih snopova FAMA

Abstract

Na postrojenju za modifikaciju i analizu materijala pomoću jonskih snopova FAMA, heuristički se određuju optimalne vrednosti kontrolnih parametara transporta za svaki jonski snop posebno. Sa ciljem ubrzavanja ovog sporog postupka, razvijen je model kontrole transporta jonskih snopova, odnosno modelovana je zavisnost između kontrolnih parametara i anvelope jonskog snopa. Model kontrole transporta proširen je zatim elementima dijagnostike jonskog snopa, koji su integrisani sa modelom kontrole u jedinstveni model. Izgrađeni model je heterogen, u tom smislu da sadrži modele računanja sinhronog toka podataka i diskretnih događaja, i hijerarhijski, u tom smislu da su komponente raspoređene na šest hijerarhijskih nivoa apstrakcije modela. Model se može izvršavati u dva režima izvršavanja: (a) jednostrukom, za pojedinačni korak u optimizaciji transporta i (b) višestrukom, za dijagnostiku, kada svako izvrašavanje računa trajektoriju jedne čestice jonskog snopa. Model je isproban na primeru optimizacije kontrolih parametara za jonski snop 60 keV N4+. Model je izgrađen pomoću okvira za heterogeno modelovanje Ptolemy II, koji omogućava integraciju komponenti sa različitim modelima računanja. U ovom okviru osnovnu izvršnu jedinicu čini aktor, dok semantiku modela implementira direktor, realizujući na taj način model računanja. Glavni doprinosi teze su: (1) izgrađen model objekta upravljanja, (2) izgrađen model njegove kontrole, (3) izgrađen model dijagnostike jonskih snopova i (4) dobijen višenamenski alat za optimizaciju kontrolnih parametara, modelovanje dijagnostike jonskih snopova i obuku operatora.

At the facility for modification and analysis of materials with ion beams (FAMA), the optimal values of ion beam transport control parameters are determined heuristically for each ion beam separately. To accelerate this slow process, the model of ion beam control is developed by modeling the dependence between ion beam control parameters and ion beam envelope. The model of the control is then enhanced with ion beam diagnostic elements, which are integrated into the single model. The obtained model is heterogenous, in the sense that it contains the synchronous data flow and the discrete event models of computation, and hierarchical, in the sense that its components are distributed over six levels of the hierarhical abstraction. The model can be executed in two modes: (a) single execution, for a single control optimization step, and (b) itterative, for diagnostics, where each execution of the model computes a single trajectory comprising the modelled ion beam. The model is tested by optimizing the control parameters for transport of the selected ion beam of 60 keV N4+. The model is built by the Ptolemy II framework, which enables the integration of components that implement different models of computation. In this framework, the actor represents the basic execution unit, while the director is responsible of implementing the semantics of the model, realizing in this way a particular model of computation. The main contributions of the thesis are: (1) built model of the physical object, (2) built model of its control, (3) built model of ion beam diagnostics, and (4) obtained multi-functional tool that can be used for the optimization of control parameters, ion beam diagnostics and operator training.