高稳定度平顶长脉冲强磁场作为一种科学实验环境,兼具稳态磁场纹波小与脉冲磁场强度高的优势,具有重要研究价值。武汉国家脉冲强磁场科学中心(WHMFC)建设了一套铅酸蓄电池供电的脉冲电源系统。该系统具有储能大且电压输出稳定的特点,适用于作为长脉冲磁场的电源,但因其能量输出不可控和磁体电阻在放电期间非线性变化的特点,无法实现高稳定度平顶波形。针对以上问题,本文提出一种平顶阶段脉冲磁场波形的调控方案,提高了脉冲磁场的稳定度。主要内容如下:首先,提出了基于多支路并联的有源补偿方案,并设计补偿装置(蓄电池供电的基于IGBT-PWM控制的有源补偿装置)的电路拓扑与控制策略。在磁体脉冲电流峰值时刻,启动补偿装置,向脉冲磁体注入能量,补偿因磁体电阻上升而即将下降的脉冲电流。补偿装置由多个有源补偿支路组成,在平顶阶段,顺序开通补偿支路,可降低实验过程中IGBT开关频率,减小所受应力,有利于能量持续注入,并能延长平顶波形的持续时间。通过分析电源系统放电特性和平顶阶段磁体电阻变化的特点,补偿装置控制系统采用分段式PI控制策略。针对补偿装置控制系统对脉冲电流测量性能需求,提出一种16位AD与24位AD联合工作的高精度数据采集方案,通过缩小采样区间降低相对误差,提高磁场稳定度。其次,设计了控制系统软硬件方案并完成其样机的研制。考虑到控制系统计算冗余以及模块化并行处理能力,采用FPGA+DSP架构(FPGA型号EP3C40Q240,DSP型号TMS320LF28335)。FPGA实现数据采集、与DSP通信、人机界面数据交换功能。DSP实现数字滤波器功能和PI控制算法。本文控制系统软件开发采用自顶向下的设计模式,对控制系统各功能模块进行细分,逐一进行模块化开发。利用Systemverilog进行底层软件开发,实现脉冲电流测量信号数据采集、支路IGBT触发、装置电流保护、与DSP实时数据交互等功能。最后,搭建实验电路并进行调试,得到了平顶阶段持续时间大于150ms、磁场强度大于15T、稳定度300ppm以内的平顶长脉冲磁场。分析实验结果,给出了装置改进方案,为今后实现更高性能的平顶长脉冲强磁场提供设计思路。