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IRIS. The Italian research infrastructure on applied superconductivity for particle accelerators and societal applications
Full text linkThe Italian Minister for University and Research has recently funded a large program for an Innovative Research infrastructure on applied Superconductivity in Italy. Based on the LASA lab in Milan it is a partnership among: INFN (leader, participating with 4 labs: Frascati, Genoa, Milan, Salerno); CNR (SPIN institute in Genoa, Naples and Salerno); five Universities: Genoa, Milan, Naples, Salento and Salerno. The infrastructure will expand and coordinate existing infrastructures, with new state of the art instruments for: 1) characterization of new superconducting wires/tapes and cables at high field and large current; 2) for implementing the construction of innovative small scale superconducting magnets or accelerator, beam lines and detectors; 3) developing advanced instrumentation and measurements for magnets and accelerators; 4) for testing large superconducting magnets and high power transmission superconducting lines; 5) for characterization of new superconducting materials and magnetism in matter. IRIS will be a key feature for participation to future projects requiring advanced superconducting technology, like FCC or the Mun-Collider, and also for developing societal applications, especially in the energy domain and the medical sector, of technologies pursued for high-energy accelerators. The paper will illustrate the IRIS project, its 3-year development and the idea to make it an open-access infrastructure
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Full text linkWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
Model and control for high-gap active magnetic bearing
No full textLAUREA MAGISTRALEQuesta tesi presenta un quadro complessivo per lo sviluppo di un tipo di cuscinetti magnetici attivi (AMB) definito come “cuscinetti ad alto traferro”. Questa specifica variante permette un miglior smorzamento delle vibrazioni, insieme ad una maggior azione di compensazione dei disturbi, per mezzo di un traferro dello stesso ordine di grandezza della sezione del magnete. Questa caratteristica ha un effetto rilevante su tutti gli aspetti che riguardano il sistema in esame. Fenomeni come la saturazione e l’isteresi magnetica del nucleo devono essere correttamente modellati, integrando ed espandendo gli strumenti proposti in letteratura.
Il primo passo, concretizzato nello sviluppo di un sistema a 1 g.d.l., consiste nel riscrivere la legge che governa il circuito magnetico, includendo le principali dispersioni di flusso. Il comportamento isteretico dei materiali è rappresentato da un’equazione differenziale ordinaria, che descrive la magnetizzazione di ogni corpo. Questo modello migliorato è quindi espanso ad un sistema a 6 g.d.l. e applicato alla levitazione di un cilindro, rappresentando l'architettura tipica di un sistema di cuscinetti per alberi. Il modello a 1 g.d.l. viene validato sperimentalmente.
Si presenta quindi una serie di logiche di controllo. Le più semplici sono basate su un modello anisteretico semplificato e sono logiche lineari in scheduling rispetto ad una posizione nominale. Sono stati sviluppati anche controlli non lineari, come una Feedback-linearization o logiche di controllo ottimo a tempo finito. Dal momento che la misura diretta della magnetizzazione del materiale è impraticabile, sono esposte varie tecniche di osservazione, fino all'implementazione di un filtro di Kalman esteso.
Con il fine di disporre di quanti più strumenti possibili, metodi degli elementi finiti sono analizzati e migliorati con curve B-H sperimentali. Strumenti analitici sono comunque ampiamente utilizzati, con la possibilità di coordinare fem e equazioni analitiche nelle simulazioni.
Un banco-prova completo per il sistema a 6 g.d.l. è stato fisicamente realizzato per testare quanto sviluppato.
Sono inoltre proposte alcune linee guida per la scelta dei magneti e la costruzione del sistema.
Infine, si sono analizzati i problemi relativi alla temperatura, con una discussione completa sui suoi effetti e un’opportuna correzione delle architetture di controllo per compensare tali effetti. Si discute inoltre di una serie di migliorie, dell’introduzione di un sistema di raffreddamento all'aggiunta di magneti permanenti.
Questo elaborato si conclude con alcune indicazioni circa futuri sviluppi del sistema, come logiche di controllo sensor-less o field-based, così come eventuali miglioramenti del modello al fine di ampliare i tipi di materiali considerate per i magneti.This thesis presents a general framework for a particular kind of Active Magnetic Bearing (AMB), the so called "high-gap". This specific variation provides a better capability of vibration damping and disturbances rejection, by the mean of an air gap of the same order of magnet's cross-section. It massively impacts on the approach to the system. Phenomena like core saturation and hysteresis need to be fully considered in modelization, improving typical literature methodologies.
The first step is to consider single d.o.f. model and rewrite magnetic circuit equation considering also major flux dispersions. Hysteretic behaviour of materials is accounted by Ordinary Differential Equations describing magnetization of each body. This enhanced model is so expanded to 6 d.o.f and applied in levitating a cylindrical body, which represents the typical shaft bearing system.
One d.o.f. model is experimentally validated. Control logics are developed starting from a simplified anhysteretic model, with a series of linear controls scheduled with respect to a generic nominal trajectory. Non linear control are investigated too. Feedback-linearization and finite time optimal controls are presented. Due to the difficulties in measuring magnetization, observation techniques are fully depleted, up to the implementation of an Extended Kalman filter.
In order to provide all possible tools, finite element methods are developed and corrected by an experimental B-H curve. Analytical tools are also exhaustively exploited, with mixed fem-analytic dynamics simulations. A full 6 d.o.f. test-bench is built too, in order to physically realize bearing system. A few hints are provided for both magnet design and bench construction. Temperature represents another issue to deal with. Its effects are fully analysed and proper corrections are embed in control architectures. A few indications to implement a liquid cooling system and bias permanent magnets are also outlined. This dissertation ends with some indications about future developments of the device, as sensor less or field-based controls or model enhancements to introduce new material classes for magnets
High-gap active magnetic bearing. Experimental setup and control system design
No full textLAUREA MAGISTRALEQuesta tesi affronta lo studio e il controllo di un sistema di cuscinetti magnetici ad elevato traferro. Questa specifica configurazione in cui il gap di aria tra il rotore e il cuscinetto è nell'ordine di grandezza del lato della sezione dell'elettromagnete, si pone l'obiettivo di migliorare il controllo delle vibrazioni e l'attenuazione dei disturbi. L'obiettivo della tesi è di ottenere stabilizzazione e controllo del grado di libertà veticale in un range esteso di possibili posizioni del rotore. Il problema è stato affrontato proponendo un modello che includesse la presenza di fenomeni non lineari e basato sulla stima sperimentale di induttanza differenziale e forza magnetica. La logica di controllo utilizzata ha una architettura a cascata con un anello interno di corrente e uno esterno in posizione entrambi basati sulla feedback linearization. Il controllo è stato validato sperimentalmente attraverso diversi test tra cui la ricostruzioni delle funzioni di trasferimento in anello chiuso. Un confronto dei risultati ottenuti con la soluzione proposta e quelli ottenuti implementando logiche di controllo lineari ha permesso infine di evidenziare i benefici di questa soluzione.The aim of this thesis is to present the experimental set up of a high gap magnetic bearing system and to validate control logics that are used to levitate the hovering body.
This specific type of Active Magnetic Bearing is designed to provide a control of the levitating object in the whole gap range with respect to classical solutions in which the stabilization is provided near the equilibrium position.
This type of system requires new control structure in order to provide this extended stabilization. The study of this system is restricted to the vertical motion of the rotor. The control logic used to obtain this result has a cascade architecture. Both the inner current loop and the outer position loop controllers are based on feedback linearization.
Experimental tests are done to study the performance of the controlled system. With the controller introduced the stabilization is obtained in an wide range of gap values. The frequency behaviour of the controlled system is investigated and transfer functions for the controllers presented are reconstructed and compared
Dynamic characterization of normal-conducting magnets for particle accelerators
No full textDOTTORATOI magneti sono uno dei componenti più importanti per gli acceleratori di particelle. Forniscono un mezzo per controllare il flusso di particelle, chiamato fascio, curvandolo e focalizzandolo. Diversi principi, tecnologie e materiali sono impiegati per la costruzione di magneti, a seconda delle necessità. Questo lavoro si concentra su magneti normal-conducting, azionati in modalità pulsata.
Questa categoria di magneti coinvolge tipicamente materiali non lineari, se non isteretici, ed è soggetta a correnti parassite, a causa dei transitori di campo magnetico. Le simulazioni difficilmente riescono a raggiungere i livelli di accuratezza richiesti per gli acceleratori; pertanto, le misure magnetiche sono necessarie. Conseguenza di questo è il fatto che i magneti normal-conducting siano tipicamente considerati come black box negli acceleratori.
Questa tesi vuole aprire la strada ad un nuovo paradigma per questi dispositivi. Simulazioni e misure non devono essere considerate come due passaggi successivi, ma possono e devono cooperare per restituire una descrizione completa del magnete. Seguendo questo principio, questo lavoro sviluppa sia strumenti di misura che strumenti numerici per la caratterizzazione dei magneti normal-conducting.
La prima parte di questo scritto si concentra sulle misure magnetiche. Un nuovo modello magneto-meccanico per bobine ad induzione è sviluppato e impiegato nella progettazione di sistemi di misura. Questo modello consente un controllo senza precedenti sulle proprietà meccaniche del dispositivo, per raggiungere il livello di precisione desiderato anche in condizioni critiche. Questi aspetti hanno permesso la progettazione, la costruzione e la messa in funzione di un nuovo banco di misura, specificamente dedicato al compito di caratterizzare i magneti normal-conducting.
La seconda parte della tesi è invece dedicata ai metodi numerici. Un modello fisico, basato su una formulazione integrale, è sviluppato, insieme a tecniche di riduzione di modelli e di model updating. Secondo le migliori conoscenze dell'autore, questo approccio è una novità per i magneti normal-conducting in acceleratori di particelle.
L'obiettivo finale del filone di ricerca avviato da questa tesi sarebbe la costruzione di un digital twin per magneti normal-conducting. Questo digital twin garantirebbe una robusta affidabilità grazie al modello fisico su cui è basato, fornendo al contempo un'elevata precisione data dalla correzione per mezzo delle misure.Magnets are one of the most important components in particle accelerators. They provide a mean to control the flow of particles, called beam, by changing its direction and its profile. Different designs, technologies and operating principles are employed for magnets, depending on the task to fulfill. This work focuses on normal-conducting magnets operated in pulsed mode.
This category of magnets typically requires to handle non-linear, hysteric materials, coupled with eddy currents, due to the time-varying field. Simulations are mostly unable to reach the accuracy levels required for accelerators, therefore magnetic measurements are required. The result is that normal-conducting magnets are ultimately regarded as black boxes inside particle accelerators.
This thesis wants to pave the way to a novel paradigm for these devices. Simulations and measurements should not be considered as two consequent steps in magnet development, but they can, and should, cooperate in returning a complete description of the magnet. Within this principle, this work develops both measuring instruments and numerical tools for characterizing normal-conducting magnets.
The first part of this work focuses on magnetic measurements. A novel magneto-mechanical model for induction coils is developed and employed in the design of a measurement system. This model allows unprecedented control over the mechanical properties of the device, to achieve the desired level of accuracy even in critical conditions, while pushing the capabilities of the device to its limits. These aspects allowed the design, construction, and operation of a novel measurement bench, which is specifically devoted to the task of characterizing normal-conducting magnets.
The second part is instead devoted to numerical methods. A physical model, based on integral formulation, is developed, together with model-order reductions and model-updating methods for data-driven corrections. According to the author's best knowledge, this approach is a novelty for particle accelerator magnets.
The ultimate goal of the research initiated by this thesis would be the construction of a digital twin for normal-conducting magnets. This twin would guarantee strong reliability thanks to the underlying physical model, while providing high accuracy by data corrections.DIPARTIMENTO DI MECCANICAMeccPhD International Track3
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