《高穩定度平頂長脈衝強磁場研究》是依託華中科技大學，由丁洪發擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高穩定度平頂長脈衝強磁場研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：丁洪發
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
強磁場是諸多科學領域的基本研究工具，迄今為止，強磁場下的科學研究已取得豐碩成果。常用的穩態和脈衝強磁場具有各自的優勢和套用局限性。具有高穩定度平頂的長脈衝強磁場，能較好的綜合穩態和脈衝強磁場的優勢，可滿足材料比熱測試、高參數NMR等重要科學實驗對磁場高場強和高穩定度的雙重要求，其研究具有重要的科學意義。本項目將對平頂長脈衝強磁場產生的電源拓撲結構和控制策略、磁場平頂紋波抑制措施、磁體最佳化設計理論等關鍵問題進行研究，提出綜合考慮磁場波形、電源配備、磁體內部應力和溫升等因素的高穩定度平頂長脈衝強磁場的通用最佳化設計理論和方法，在此基礎上，針對所在單位的電源條件，提出場強30T-60T、平頂脈寬2s-100ms的系列長脈衝磁場實現方案，並建立場強35T、平頂脈寬1s的樣機，開展實驗研究，為高參數的平頂長脈衝強磁場實驗裝置的研製奠定可靠的理論和技術基礎，以滿足現代基地付少拒戀臘喇套礎研究對該類磁場日益增長的需求。
結題摘要
平頂脈衝強磁場兼具穩態強磁場和脈衝強磁場的優點，能夠滿足一些科學實驗對磁場強度和穩定度的雙重要求。儘管目前已有強磁場實驗室在平頂脈衝強磁場方面開展了一些研究工作，但磁場強度和穩定度尚不能滿足一些高解析度科學實驗的要求。 項目就高穩定度平頂長脈衝強磁場設計理論和實施方案開展了相關糠嚷煮研究，主要研究內容和結果有：①在平頂長脈衝強磁場的最佳化設計方面，建立脈衝發電機整流型、電容型和蓄電池型電源的動態非線性數學模型和磁體的多物理場數學模型，並通過數字仿真和實驗測試等手段分析和驗證了其工作特性；提出了平頂脈衝強磁場系統的多目標最佳化設計理論和方法，引入基於Pareto前沿的微分進化算法實現了綜合考慮磁場、溫升、電壓和電流等因素的平頂脈衝強磁場系統的多目標最佳化設計。②在平頂長脈衝強磁場控制方面，提出了將d-q變換、遺傳算戶符狼法和快速濾波相結合的同步信號鎖相方法，解決了整流器輸入電壓波形畸變、電壓幅值和頻率變化導致的同步信號鎖相困難的問題；結合基於梯度下降法的磁體變化電阻在講葛坑線計算技術及重複控制思想，提出了磁場波形的雙閉環帶前饋控制方式，解決了傳統單閉環反饋控制容易出現的平頂磁場低頻振盪和控制精度低的問題。③在平頂長脈衝強磁場供電電路拓撲方面，根據項目承擔單位建有的100MJ/100MW脈衝發電機整流型、12.6MJ/25kV電容型和7.8GJ/770V蓄電池型電源系統，提出了多種由三類電源單獨和三類電獄阿駝源兩兩組合給單線圈或雙線圈磁體供電產生25T-60T平頂長脈衝強磁場的電路拓撲。④在平頂長脈衝強磁場樣機測試方面，採用脈衝發電機整流器型電源對雙線圈磁體供電實現了50T、平頂脈寬100ms、平頂紋波0.5%的磁場；採用雙電容型電源通過耦合線圈驅動單線圈磁體產生了平頂脈寬10ms的52T無紋波磁場；採用蓄電池型電源結合可控旁路對單線圈磁體供電，實現了平頂脈寬200ms、紋波小於150ppm 的25T長脈衝磁場。 結合該項目的研究，培養碩士6名，博士5名，在國際學術期刊上發表SCI收錄論文20篇，獲國家發明和實用新型專利各1項。項目研究工作為高參數的平頂長脈衝強磁場裝置的研製奠定可靠的理論和技術基礎，並將為陵漏一些對磁場高場強和高穩定度雙重要求的重要科學實驗，如材料比熱測試、高參數脈衝NMR和大功率太赫茲等研究工作的開展提供重要技術支撐。
