中科院强磁场科学中心在建的40T稳态强磁场装置是由内水冷磁体和外超导磁体两部分构成。本文选题为外超导磁体高稳定度电源控制系统设计。外超导磁体电源最大输出8V/16kA,且要求输出电流纹波为1Oppm以内,输出电压纹波有效值在1%以内。控制系统的设计内容涵盖:被控对象的建模、控制指标的提出、控制系统相关参数的确定、控制方式的选择、控制器的设计。当设计方案确定后,还需要进行模型仿真及实际电路验证,以及执行机构、接口器件等实现。对整个电源系统进行分析得出,对于高稳定度电源最关键的三部分分别是:给定、接口器件(包含测量和反馈部分)及控制算法。此外,其他部分也非常关键。文中都有详细的介绍。首先,对被控对象建模。考虑到成本、控制难易等因素,电源主拓扑结构依然采用的是传统的双反星可控硅整流方案。然而,由于其开关频率较低,而且可控硅导通压降较大不可忽略,所以建立主回路模型有一定的难度。本文结合平均电路法和各种干扰模型,对其建立等效电路模型。并对该模型进行仿真,与实测值进行对比,验证所建立的模型在要求的频率范围内是可信的。其次,是对电源实现高稳定度输出的关键因素及相关技术进行详细论证,包含给定、高精度模拟测量电路、数字控制算法的选择以及同步信号滤波电路等。接下来,结合传统自动控制理论,提出了电源控制系统设计的一般方法。本文针对电源系统的特点,分别对系统响应速度、开环截止频率和系统带宽给出了更符合实际电源系统特性的定义,并提出了求取开环截止频率的简单而实用的方法。此外,重点研究了带LC滤波器的功率变换器,通过画近似闭环bode图的方式,得出其系统带宽是接近LC自然频率的,这对电源控制系统的设计非常有意义。然后,针对超导磁体这一大惯性负载,从对50Hz及100Hz纹波的有效补偿及降低对ADC采样频率要求的角度,提出了双环控制架构,其中电流外环采用数字控制方式。本文对双环结构做了深入分析,并提出了双环控制器设计的一般准则。数字外环的控制算法采用RST算法,本文给出了详细的算法原理及参数计算过程。最后,控制系统的具体实现及调试。其中,调试分为二个阶段进行,一是利用假负载测试电压内环的性能;二是将整个控制系统应用于超导磁体。最终的测量结果证明该控制系统能够实现电源要求,整个设计是可信的。