CAT-1偶极场超导磁体的悬浮控制与仿真

摘要: 天环一号（CAT-1: China Astro-Torus 1）是一个悬浮偶极场磁约束装置，主要用于偶极场等离子体物理实验研究，要求中心悬浮超导磁体在无冷却和无电源条件下稳定悬浮至少5h。本文设计了超导托举磁体与中心悬浮磁体环耦合的悬浮控制系统，为确保1200 kg、5 MA中心悬浮磁体环稳定悬浮，完成了控制系统的Simulink模型建立和仿真，基于 Routh-Hurwitz稳定判据，研究了PID（Proportion-Integral-Derivative）控制策略对稳定控制影响，确定了稳定控制参数选取的范围：理想条件下PD（Proportion-Derivative）控制系统上升时间为0.1545 s、峰值时间为0.6283 s、调节时间0.0848 s。结果表明：基于PID能够在较短的时间内将悬浮超导环恢复在预设平衡位置，采用合适的启动方式可极大的降低电路的负载。本结果为悬浮超导悬浮偶极场装置设计研发提供关键技术支撑。