二次离子质谱仪（SIMS,Secondary Ion Mass Spectrometer,又称为离子探针质谱仪（Ion Microprobe））具有高精度微区原位同位素、元素分析能力,可以准确测定微米、纳米尺度的微小区域的同位素和元素组成。多年来,二次离子质谱技术的进步引领了地球科学多个领域的发展,并在海洋科学、地球科学、核科学、材料科学和生命科学等领域有广泛的应用。对于一台高性能的二次离子质谱系统,高精度质谱磁铁系统是其核心部件之一。本论文面向下一代高灵敏二次离子质谱系统的研制,根据高稳定、快切换磁场这一性能需求进行技术研究,提出通过磁场反馈控制技术来实现磁场的高稳定性、高精度控制。SIMS系统由初级离子系统、静电分析器、高精度质谱磁铁（含励磁电源）以及高精度离子接收器等核心部件构成,其中二极磁铁和励磁电源是保证磁场质量的关键。为了实现SIMS对磁场的高稳定快切换要求,需要为二极磁铁设计相应的磁场反馈控制系统,并进行测量磁场与电源励磁信号之间的闭环反馈控制技术和磁场高精度采集以及数据处理技术的研究。在反馈控制系统中,反馈信号的快速性和准确性极为重要。为了实现磁场信号的准确获取,需解决Hall传感器测量精度相对较低且存在较大噪声的问题。为解决该问题,首先对Hall传感器进行了详细的标定以提高测量精度。然后通过使用多路传感器减小因传感器摆放而引起的系统误差。同时使用多传感器自适应融合算法将多路磁场测量值进行数据融合,消除系统误差的同时,在一定程度上减小Hall传感器自身噪声。针对融合后测量信号仍存在随机噪声的问题,引入Kalman滤波器进行滤波处理。最终在保证采样速率的情况下实现了基于Hall传感器的高精度磁场测量,为磁场控制提供了高质量的反馈信号。在获得磁场反馈信号后,对控制器中使用的反馈控制算法进行研究。磁铁反馈系统在运行过程中会受到众多因素的影响,使得建模极为困难,因此选择了无需对系统建模的PID作为反馈控制算法。同时针对磁场反馈这一应用场景,提出了采用积分分离以及设置死区的方法进行PID算法的优化,以提升PID算法在磁场反馈控制中的性能。在软件设计方面使用Lab VIEW进行上位机、以及嵌入式平台的开发。在上位机以及c RIO实时控制器中通过“生产者-消费者”模式,实现数据产生和数据处理的分离,最大限度优化系统实时响应问题。通过流水线等方式优化FPGA程序执行效率,并建立状态机以保证磁场测量及控制快速可靠的运行。在实验平台上对控制系统进行测试。结果表明各软件系统按照既定要求正常运行。经过算法优化后的磁场测量数据具有较高的采样频率和测量精度。应用磁场反馈后,在设置恒定磁场的状态下,磁场漂移减小。在设置动态磁场的情况下,磁场反馈的引入加快了磁场进入稳态的时间,减小了磁场平顶期的误差。