基于飛輪儲(chǔ)能的重復(fù)平頂脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)系統(tǒng)的研究.pdf

1、重復(fù)平頂脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)具有磁場(chǎng)強(qiáng)度高、平頂紋波系數(shù)小、重復(fù)平頂和能夠較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，在中子衍射、太赫茲輻射、磁制冷、污水處理等研究領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用空間，能夠更好地滿足一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于磁場(chǎng)的越來(lái)越高的要求，因此重復(fù)平頂脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)將是未來(lái)磁場(chǎng)研究和發(fā)展的新方向之一。本文根據(jù)重復(fù)平頂脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的特點(diǎn)，并結(jié)合華中科技大學(xué)國(guó)家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心現(xiàn)有電源及磁體條件，選擇脈沖發(fā)電機(jī)作為電源，重點(diǎn)研究了重復(fù)平頂脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)產(chǎn)生的實(shí)際電路設(shè)計(jì)、磁場(chǎng)平頂紋

2、波分析及控制策略和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案。
　　本研究在重復(fù)平頂脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，選擇了儲(chǔ)能高、可控性好的100MVA/185MJ脈沖發(fā)電機(jī)型電源，經(jīng)串聯(lián)12脈波整流器系統(tǒng)給長(zhǎng)脈沖磁體供電產(chǎn)生磁場(chǎng)。并設(shè)計(jì)了逆變饋能階段，在彌補(bǔ)飛輪脈沖發(fā)電機(jī)儲(chǔ)能效率低的劣勢(shì)的同時(shí)提高了能量的利用效率。在磁場(chǎng)平頂紋波分析及控制策略研究中，根據(jù)發(fā)電機(jī)電源特性及磁體電阻發(fā)熱模型，采用了在傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上引入分段前饋加閉環(huán)的控制系統(tǒng)，保

3、持了反饋系統(tǒng)能克服多個(gè)不確定擾動(dòng)和對(duì)被控制變量反饋檢驗(yàn)，減少超調(diào)的同時(shí)提高了控制系統(tǒng)的跟蹤性能，增加了反應(yīng)的速度與精度。分別計(jì)算出重復(fù)脈沖磁場(chǎng)進(jìn)入平頂階段的初始觸發(fā)角以及保持平頂磁場(chǎng)的補(bǔ)償觸發(fā)角。使得重復(fù)平頂脈沖磁場(chǎng)能夠準(zhǔn)確地達(dá)到磁場(chǎng)設(shè)定值，并快速地穩(wěn)定于平頂磁場(chǎng)。在重復(fù)平頂脈沖磁場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，分析了實(shí)際設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，采用了基于OPC和Profibus_DP現(xiàn)場(chǎng)總線的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。以MCGS為上位機(jī)監(jiān)控軟件，PLC300與

4、PLC200為主從站控制器，在MCGS與S7-300的通訊中，利用OPC服務(wù)器為中介平臺(tái)，解決了西門子產(chǎn)品通信協(xié)議不公開的難題，而S7-300與S7-200之間采用Profibus_DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，搭建了控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)裝置的充電、勵(lì)磁、放電、泄能等工作的遠(yuǎn)程控制及運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。最后，在Matlab中對(duì)放電電路及相關(guān)控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證之后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)試得到了5T/10T/15T/20T（80ms）的