束流轨道优化是短波长自由电子激光调试放大过程的关键环节。在实际实验中，需要花费大量的时间来调整参数，以校正轨道。为简化该多参数调优过程，研究了基于深度强化学习的自动优化技术，在仿真环境中使用SAC、TD3和DDPG算法调整多个校正磁铁，以优化自由电子激光的输出功率。为模拟实际实验中非理想的轨道状态，在第一节波荡器入口处设置一磁铁以偏转束流轨道。随后利用深度强化学习算法自动调节后续7个磁铁以校正轨道。结果表明，通过引入偏差将输出功率降低一个数量级后，基于最大熵原理的SAC算法将功率恢复到初始值的98.7%，优于TD3与DDPG算法。此外，SAC算法表现出更强的鲁棒性，有望后续应用在我国X射线自由电子激光装置中实现自动调束。

太赫兹自由电子装置注入束流输运线的束团有着较长的尾部.在束团尾部能散较大的粒子由输运线中的能量狭缝加以剔除,仅保留头部满足出光要求的粒子输入波荡器.利用Elegant的模拟计算表明在目前采用的输运线设计可以将束团有效部分的粒子完整地传输至波荡器.输运线所采用的磁铁的加工和安装误差会导致束流轨道的畸变,需要利用校正磁铁对束流的偏移加以校正.利用AT for MATLAB仿真计算结果表明,合理选择校正线圈的布局可以有效地校正束流偏差.

为了更好的测试控制方法和开发上层控制软件,本文提出了一种基于ELEGANT和SDDS Toolkit的虚拟加速器环境。在这个虚拟环境下,可以将底层物理模拟软件与上层控制软件通过EPICS控制通道及Matlab脚本进行数据分析及处理。本文描述了在该虚拟加速器环境中束流参数测量和轨道控制等软件的开发和测试,并探讨了该虚拟加速器的设计理念和未来可能的应用。

上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL)对束流发射度增长的幅度有着较为严格的限制，传统的光学准直已经不能满足其要求。采用基于束流的准直方法可以实现更为精密的准直，使得直线加速器的准直误差进一步降低，以满足自由电子激光装置的要求。通过对不同条件下束流位置检测器(BPM)测得的数据采用最小二乘法算法进行计算分析，可以计算得到四极磁铁和BPM的准直误差，进而进行束流准直和轨道校正。基于以上原理，计算了各种元件误差对轨道和发射度造成的影响，同时基于Matlab平台设计了控制软件，模拟结果表明轨道偏离量可减少一个数量级。

为达到BEPCⅡ直线加速器的设计指标,系统地研究了误差和抖动(Jitter)效应对束流性能的影响.误差效应包括束流的初始偏轴和聚焦透镜偏轴导致的色差效应;束流的初始偏轴和加速结构偏轴导致的尾场效应等.主要的抖动效应包括相位漂移抖动和高频功率源中调制器电压的抖动影响等.确定了在BEPCⅡ直线加速器上对误差和抖动的限制,如来自电子枪的束流的初始偏轴应小于等于0.3 mm,加速结构和聚焦磁铁的安装误差应小于等于0.2 mm,相位漂移抖动误差应小于等于2°,调制器的电压抖动误差应小于等于0.1%.并进一步确认了必须采用相位控制系统和束流轨道校正系统,以抑制这些误差效应的影响,达到正、负电子束流能散度小于等于0.5%和电子束束流发射度小于等于0.25mm·mrad,正电子束束流发射度小于等于1.60 mm·mrad的设计目标.

北京正负电子对撞机直线注入器(BEPCⅡ LINAC)的升级改进要求建立束流光学匹配计算和轨道校正系统,为此对束流光学匹配计算和轨道校正计算的方法进行了研究,并采用VC++语言编写了相应的程序,利用最小二乘法原理进行了束流光学匹配计算,模拟了束流轨道校正,取得了较为理想的结果.