随着社会的不断进步,世界各国的工业技术水平也在飞速发展,磁场在工业制造、工程技术、科学研究、航空航天、医学、军事等领域的应用越来越多。例如在直拉法单晶硅的制备过程中,通过外加磁场向熔体施加洛伦兹力从而抑制对流的方法已经成为提升晶体品质的有效方法。由于超导技术的快速发展,具有更高磁场强度、更小体积及功耗的超导磁体逐渐应用在单晶生长领域,满足了高磁场强度高稳定度的生产需求。超导磁场的控制本质上属于一个开关电源控制问题,超导磁场的控制即磁场电源的控制,是由超导磁体与磁场电源组成的系统并可由感性负载的开关电源电路表示。由于超导磁场的特殊性质,微小的电流变化会引起磁场强度的大幅波动,因此单晶制备中所使用的超导磁场对电源的精度、稳定性以及可靠性都有着非常高的要求。由于传统的开关电源建模方法大多基于平均和近似的思想,不能从本质上体现开关电路的非线性特性。因此本文将针对超导磁场直流电源的控制问题,采用Buck型开关电源拓扑进行混杂系统建模及控制方法研究。课题依据混杂理论对Buck型电路的非线性特性进行分析,首先以电路的离散特性为切入点,建立了Buck电路的混杂自动机(Hybrid Automata,HA)模型并设计了控制策略,并针对各个状态的边界条件设计了控制策略以及两种工作模式的临界条件。由于该方法本质上为开环结构,不能对参数变化做出相应的调整,因此本文提出基于混杂系统的参数辨识方法得到电路参数估计值,并反馈到控制器中更新控制参数,从而形成了闭环控制结构提高了系统稳定性。针对超导磁场感性负载的特性,混杂自动机的控制方法存在着切换条件难以直接得到的不足。因此本课题提出一种针对感性负载Buck电路的混合逻辑动态(Mixed Logical Dynamic,MLD)模型及控制方法。首先根据系统切换状态建立混合逻辑动态模型,过程中的离散状态通过逻辑命题的等价关系转化为线性不等式。针对模型的控制问题,本文采用预测控制进行求解。首先将模型转化为混合整数二次规划(Mixed Integer Quadratic Programming,MIQP)形式,并采用分支定界法求解该规划问题从而实现预测控制。针对参数偏差导致模型失配而产生的稳态偏差,本文采用无模型自适应控制(Model-Free Adaptive Control,MFAC)作为外环调节内环预测控制的目标值,当模型与系统参数一致时控制效果良好;当模型与系统参数失配时本文方法可以使系统快速的稳定在目标值上。论文对混杂理论主流的两种建模方法进行了研究,首先对Buck电路的混杂自动机模型以及基于参数辨识的闭环反馈控制方法进行了仿真以及硬件电路实验验证。其次对感性负载Buck电路的混合逻辑动态模型预测控制方法进行了验证,并针对参数偏差导致模型失配的问题设计了双环控制结构。通过仿真实验验证了方法有效性,针对预测控制优化求解的运算量过大无法直接进行硬件电路实验的问题,使用一种简化验证策略验证了提出方法的稳态性能。通过对两种混杂建模控制方法的仿真和实验表明了本文对两种混杂建模方法及其改进在直流开关变换器上应用的有效性。