基于飛輪儲能的重復(fù)平頂脈沖強磁場系統(tǒng)的研究.pdf

1、重復(fù)平頂脈沖強磁場具有磁場強度高、平頂紋波系數(shù)小、重復(fù)平頂和能夠較長時間運行等優(yōu)點，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)實驗對于磁場的越來越高的要求，因此重復(fù)平頂脈沖強磁場將是未來磁場研究和發(fā)展的新方向之一。本文根據(jù)重復(fù)平頂脈沖強磁場的特點，并結(jié)合華中科技大學(xué)國家脈沖強磁場科學(xué)中心現(xiàn)有電源及磁體條件，選擇脈沖發(fā)電機作為電源，重點研究了重復(fù)平頂脈沖強磁場產(chǎn)生的實際電路設(shè)計、磁場平頂紋

2、波分析及控制策略和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案。
　　本研究在重復(fù)平頂脈沖強磁場電源系統(tǒng)設(shè)計方面，選擇了儲能高、可控性好的100MVA/185MJ脈沖發(fā)電機型電源，經(jīng)串聯(lián)12脈波整流器系統(tǒng)給長脈沖磁體供電產(chǎn)生磁場。并設(shè)計了逆變饋能階段，在彌補飛輪脈沖發(fā)電機儲能效率低的劣勢的同時提高了能量的利用效率。在磁場平頂紋波分析及控制策略研究中，根據(jù)發(fā)電機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)能克服多個不確定擾動和對被控制變量反饋檢驗，減少超調(diào)的同時提高了控制系統(tǒng)的跟蹤性能，增加了反應(yīng)的速度與精度。分別計算出重復(fù)脈沖磁場進(jìn)入平頂階段的初始觸發(fā)角以及保持平頂磁場的補償觸發(fā)角。使得重復(fù)平頂脈沖磁場能夠準(zhǔn)確地達(dá)到磁場設(shè)定值，并快速地穩(wěn)定于平頂磁場。在重復(fù)平頂脈沖磁場的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方面，分析了實際設(shè)備及現(xiàn)場環(huán)境，采用了基于OPC和Profibus_DP現(xiàn)場總線的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。以MCGS為上位機監(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，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)場總線技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，搭建了控制實驗平臺。實現(xiàn)了對脈沖強磁場裝置的充電、勵磁、放電、泄能等工作的遠(yuǎn)程控制及運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。最后，在Matlab中對放電電路及相關(guān)控制策略進(jìn)行仿真驗證之后，通過實驗調(diào)試得到了5T/10T/15T/20T（80ms）的