973课题一例会 赵亚亮 2014.05.07.

Presentation on theme: "973课题一例会 赵亚亮 2014.05.07."— Presentation transcript:

1 973课题一例会 赵亚亮

2 目录 参与任务情况 任务完成情况 代码开发平台的建立 已有代码功能分析 新开发程序的物理要求 程序开发进展 问题 下一步工作计划

3 参与任务情况 参与的总体任务 本次例会前应完成的任务 总体，包括物理要求、软件集成（王志军、赵亚亮） 代码开发平台建立和维护（赵亚亮）
CPU模块 （赵亚亮+两个研究生） 本次例会前应完成的任务 已有软件的构架和功能分析；（赵亚亮、齐新、张小虎、王志军） 提出物理要求，包含待开发的功能模块和发展计划； 提出基本的软件构架。

4 任务完成情况 代码开发平台的建立 完成本地的svn服务器的搭建，以及帐号、密码、权限的设置
目前已开发的代码已加入到svn版本库，拥有账号、密码的用户可以通过svn checkout Track_t  --username user检索到本地，也可以通过 从网页上打开 代码更改后上传之前，要先update到最新版本再上传，发生冲突时先将冲突引导本地，确认最终版本后再上传 建议：每次代码更改，在更改位置标明作者、时间，并简单描述意图；版本上传时，也简单描述更改内容

5

6 所外登陆：vpn

7 任务完成情况 已有代码功能分析 PADSC LinacOpt T-code PIC算法（GPU程序） BeamPath
Matrix跟踪（quad、drift、gap） 多粒子跟踪（field map） 匹配（根据lattice周期结构，得到与之匹配的Twiss） 均温优化（尚未用多粒子跟踪校验） 其他辅助功能（计算任意两点之间的相移等） LinacOpt T-code PIC算法（GPU程序） BeamPath

8

9 任务完成情况 已有代码功能分析 T-code PIC算法（GPU程序） GPU程序
常用加速元件的多粒子跟踪（四极铁、drift、gap、RFQ） 数据后处理

10 已有代码功能分析 BeamPath end-to-end 模拟 （ 输出方式：z-code , t-code） 接受度计算 变步长计算
变频率计算 束流反向演化 组合误差分析 本征发射度计算 Particle-in-Cell 空间电荷效应 极化束模拟 RFQ for beam funneling

11 任务完成情况 新开发程序的物理要求(参考TraceWi n) 图形界面 矩阵跟踪 多粒子跟踪 误差分析 匹配 轨道矫正（可属于匹配）
图形化数据后处理 Others。。。

12 束流跟踪元件： 四极铁、螺线管； 加速间隙、腔； Circular or rectangular aperture； 束测元件； 漂移段；
场分布（静电场、静磁场、RF电磁场及其叠加）； Funneling gap； RFQ ； Space charge compensation

13 束流匹配 目标： 算法 依据 Owner（？） 单纯形法（线性规划算法） 矩阵跟踪结果 多粒子（partran）跟踪结果 束流包络变化
发射度增长最小 场变化最小 相位变化最小 某位置CS参数 能量和相位 周期相移 束流尺寸 最大束流尺寸 同步相位 相位误差 Beam seperation 根据结构，得到与之匹配的束流

14 误差分析 Input beam errors bend errors cavity errors RFQ errors
Quadrupole errors

15 数据后处理： 在某一位置或者元件出口的粒子分布 单位长度相移、周期相移 束流密度分布 Hofmann图 磁铁梯度或者强度
Field_map viewer 矫正子强度、周期长度、腔功率、能量及其增益变化、加速场、腔压、接受度、field map factor、流强、包络、发射度、束损、束晕、剥离损失率、tune depression 

16 程序开发进展 Matrix跟踪，元件包括drift、gap、quad、solenoid，元件矩阵参考Trace3d和TraceWin
遗传算法库（nsga）的引入和用于匹配时的验证 依赖的库：CLHEP（2.1.3），nsga（2），FFTW（多粒子跟踪）

17 已有程序架构 粒子类 用于记录单粒子信息 记录束流粒子状态，用于多粒子跟踪 beam类 Twiss参数
Probe类 element drift gap quad others … … 基类，包含probe对象，实现element跟踪，每个元件包含多个step，每个step的矩阵由子类得到。包含线性SCF 扩展类，包含元件特有set、get函数

18 已有程序架构 sequence类 seqMatrix类 seqMultiPat类 element类 Track FFT算法类 椭圆边界
spacecharge类 开放边界 其他

19 包含的类 输入文件的格式 Element文件 用于遗传算法参数的输入文件

20

21 用遗传算法(nsga)进行束流匹配研究 全局、多目标、多变量
算法原理：参考遗传学理论，首先产生一个种群，种群中个体按照一定的优劣标准和算法进行优劣排序，找到这一代个体中最优的，通过交叉、变异产生下一代，依次类推，找到最优的个体。 变异率越高，收敛越慢； 变异率太低容易收敛到局部最优而不是全局最优

22 用遗传算法进行束流匹配研究 可行性验证：跟踪一段加速结构（D+G+Q），得到出口的Twiss参数（ProbeF），将其中一个（或多个）四极铁的梯度G变为0，以ProbeF的Twiss参数作为的目标，以加速段中的quad作为变量，用nsga进行匹配，可以很容易找到G。 目标函数：2个：横向失配参数取得最小值 限制条件：2个：横向失配参数小于0.1 变量个数：4个：4块四极铁梯度 缺点：循环迭代结束条件比较单一

23 将Q4设置为0，初始种群大小是100，经过100代遗传，可以找到失配参数小于0.1的解
设计值 Q4=0 -34.74±0.8 23.65±0.2 -10.13±0.2 9.2~9.6 Q3、Q4=0 -10 ~ 9.3 ~ 9.5 Q2、Q3、Q4=0 (100*150) -34.74±1.8 23.3 ~ 23.8 -10~ -10.2 Q1、Q2、Q3、Q4=0 非常多种组合，根据变量变化范围限制不同，得到不同的解

24 Q4=0 Q3、Q4=0 收敛图 Q2、Q3、Q4=0 Q1、Q2、Q3、Q4=0

25 问题 T-code 多粒子跟踪，以元件为单位是否合理？

26 下一步工作计划 将该程序遗传算法用于ADS加速段之间的匹配 针对大家对已有结构提出的意见和建议，尽快完善矩阵计算部分 开始进行多粒子跟踪部分

27 谢谢!!