超快电子衍射是为了满足人类探索超快超微现象所发展起来的探测技术。华中科技大学兆电子伏超快电子衍射装置使用光阴极微波电子枪来加速电子。由于微波系统的不稳定性,束团能量存在不可避免的抖动,这也导致了束团飞行时间的抖动。为了实现100 fs以内的时间分辨率,必须减小束团飞行时间的抖动。本文希望设计出一套能量稳定系统来提高微波系统的稳定性,从而减小束团的飞行时间抖动,以达到百飞秒时间分辨率的要求。本文中的能量稳定系统分为基于能谱仪的测量系统和基于低电平的控制系统。在能谱仪的设计部分,根据时间分辨率的要求,提出了±1%的能量测量精度要求,据此设计了一个偏转半径为50 cm、偏转角度为60°的C型磁铁。建立了二极铁的模型,基于磁场垫补原理将好场区内的磁场均匀度从垫补前的8.54×10-4提高到了5.02×10-5,并在该模型中计算出了电流与其产生磁场的关系曲线。使用切片法求解了包含边缘场的能谱仪的传输矩阵,最后通过分析磁场中的多极场证实了切片法计算结果的准确度。在束流模拟部分,在束流仿真软件ASTRA中,首先用单粒子模型验证了能谱仪的两种工作模式。在多粒子模型中,建立了能量与荧光屏上束团中心水平位置的关系曲线,验证了不考虑其他误差情况下,能谱仪的设计可以达到测量精度指标。用该曲线对束团能散进行了计算,说明了该方法测量能散的可行性。最后对能谱仪在实际测量中可能存在的部分误差和磁场误差进行了评估。在控制系统设计部分,提出了微波信号的各个参数精度需求,据此为各个微波器件选型,尤其关注了新一代速调管为提高输出效率而改良的聚束方案。基于低电平控制系统,比较了各控制参数的控制效果,说明了幅相测量控制回路和能量测量控制回路的不同适用场景,并为两个控制回路设计了不同的控制方案,给出了低电平系统的整体控制框图。研究了适用于FPGA的数字信号控制算法,包括IQ采样解调和CORDIC算法,计算结果显示CORDIC算法的迭代次数设置为18次是合适的。