超导变压器励磁电源控制系统设计

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超导导体是聚变堆装置中超导磁体系统的主要组成部件,开展超导导体性能研究对整个磁体系统有着重大的意义。超导变压器系统为导体性能测试提供所需的电流,在进行超导导体分流温度测试时需要对电流实现精准的控制。因此,本文基于超导变压器控制系统的设计开展相关的研究。首先指出超导变压器在导体测试时存在次级电流在“平顶”状态下持续衰减的问题,通过对变压器内部工作原理的分析,设计了闭环电流负反馈的总体方案,并基于Compact RIO控制器进行硬件系统设计,包括采集装置、控制装置和控制系统等。控制器的算法采用基于神经网络的PID智能控制算法,克服了PID设计过程中整定参数难以确定的困难。本文还针对径向基神经网络整定PID参数过程中步长的调节提出改进措施,步长的大小根据损失函数自适应调节,进一步提升算法的学习效率。改进前后的算法在Lab VIEW-Simulink中进行仿真对比,结果表明改进后的算法能减小系统的超调量,加快系统的调节时间,具有更优的性能。控制器的软件采用Lab VIEW语言进行编写,通过对Compact RIO控制器三层架构各自需要实现功能的分析,分别编写FPGA、实时控制器和上位机端的程序,并明确各层之间数据的通讯方式。超导变压器控制系统在中科院等离子体物理研究所进行实验验证,结果表明控制系统的稳态误差在0.2%以内,满足系统设计的要求,为后续在100k A的导体测试平台上应用打下坚实的基础。
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