我公司生產(chǎn)的高精度地磁動(dòng)態(tài)模擬屏蔽系統的性能參數處于國**先水平，該設備可以穩定有效的產(chǎn)生與地磁磁場(chǎng)方向相反的對等高精度磁場(chǎng)。

并使用高精度磁通門(mén)計進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋與實(shí)時(shí)調節，使本系統的十萬(wàn)分之一電源處于反饋調節狀態(tài)，系統可以實(shí)時(shí)抵消地磁場(chǎng)的磁場(chǎng)波動(dòng)，從而在地磁環(huán)境下產(chǎn)生10nT的零磁環(huán)境

如在屏蔽房或屏蔽筒內可以產(chǎn)生1nT或0.1nT的梯度磁場(chǎng)，系統也可以隨意在三維分量上產(chǎn)生任意設定的磁場(chǎng)用于科學(xué)實(shí)驗與模擬地磁變化環(huán)境

本系統被航天**及大專(zhuān)院校廣泛使用，其精度及穩定性數字化程度等特性廣受好評，該磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)模擬系統由磁場(chǎng)發(fā)生裝置、上位機控制軟件和磁場(chǎng)測量裝置組成。

小型地磁屏蔽補償線(xiàn)圈

大型地磁屏蔽補償線(xiàn)圈

磁通發(fā)生裝置一個(gè)三維線(xiàn)圈和相應3個(gè)電源組成。線(xiàn)圈結構如下圖所示。每個(gè)維度有2個(gè)線(xiàn)圈，用于屏蔽并產(chǎn)生勻強磁場(chǎng)。

線(xiàn)圈的結構

磁場(chǎng)測量裝置包括CH-330F磁通門(mén)計和磁通門(mén)探頭，如下圖所示，主要用于測量線(xiàn)圈中心勻強磁場(chǎng)區的磁場(chǎng)大小。

磁場(chǎng)測量裝置

上位機軟件運行于PC機，由控制部分和采集部分組成，主要用于根據采集回的實(shí)時(shí)磁場(chǎng)值和控制計算機發(fā)送的外部信號，控制電源電流，驅動(dòng)線(xiàn)圈產(chǎn)生指定大小的磁場(chǎng)。

系統的整體布局如下圖所示，實(shí)驗桌用于放置裝有上位機控制軟件的計算機；

磁通門(mén)計和3個(gè)電源放于機柜內；

磁通門(mén)探頭由支架支撐，放于線(xiàn)圈的中心勻強磁場(chǎng)區內。

系統整體布局圖

項目方案

 磁場(chǎng)發(fā)生裝置

電源主要用于對線(xiàn)圈進(jìn)行供電，驅動(dòng)線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。 

 輸出電流

· 輸出范圍 0—±1200.000mA DC

· 高步進(jìn)分辨率10mA（1/120000 F.S.）

· 高準確度：±（0.015%設置值+20mA）@1000mA

· 低噪聲/紋波：20mA RMS 典型值 @1000mA

· 輸出阻抗 >100MW 

· 穩定度優(yōu)于±0.01% @1000mA

· 浮動(dòng)輸出

· *大輸出功率48W

 輸出電壓

· 有效范圍 0—40V DC

· 開(kāi)路輸出電壓：45V±0.2V

 負載保護

· 可控的輸出端狀態(tài)

· 靜電保護和開(kāi)機上電沖擊保護

· 防沖擊模式ATS和**的輸出狀態(tài)時(shí)序控制

 負載適應性

· 輸出補償網(wǎng)絡(luò )

· 輸出阻抗100MW

 自動(dòng)控制

· 標準配備RS-232C計算機接口和易用的接口特性

· 標準配備內部USB—RS-232C轉換接口

· 完備的計算機接口命令集

· 三路觸發(fā)輸出同步功能

 交互能力

· 白色背光FSTN LCD顯示器

· 必備的LED狀態(tài)指示器

· 與顯示器和指示器配合的3′4鍵交互型功能鍵盤(pán)操作

 標準規格

· 提供用戶(hù)手冊

· 標準全寬2U臺式儀器，交流220V/50Hz供電

 磁場(chǎng)測量裝置

磁場(chǎng)測量裝置包括330F磁通門(mén)計和英國690磁通門(mén)探頭。

表3 配備690探頭的磁通門(mén)計測量參數

 上位機控制軟件

上位機控制軟件由控制部分與采集部分組成。

采集部分負責由330F磁通門(mén)計讀取當前的磁場(chǎng)測量值，并以曲線(xiàn)的形式顯示在界面上；

控制部分負責計算產(chǎn)生指定磁場(chǎng)所需的電流值，并將電流指令輸出至相應電源。

軟件采用PID閉環(huán)控制方式對線(xiàn)圈中心均勻區磁場(chǎng)進(jìn)行控制，如下圖所示：輸入端為用戶(hù)設定的磁場(chǎng)值，軟件根據此設定值，由PID算法換算出相對應的控制電流值，輸出至電源；

線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)隨著(zhù)控制電流的變化而發(fā)生變化，330F磁通門(mén)計將變化后的反饋磁場(chǎng)值發(fā)送給上位機，軟件根據磁場(chǎng)的設定值與實(shí)際值的差值進(jìn)行不斷地調節，直至誤差在允許的范圍內。

                                                                                    軟件控制原理

軟件的主界面如下圖所示，對地磁屏蔽線(xiàn)圈組的控制用于消除地磁的影響；

對磁場(chǎng)發(fā)生線(xiàn)圈組的控制用于在均勻區產(chǎn)生指定大小的磁場(chǎng)。

外部輸入選項框可選擇是否由外部信號控制磁場(chǎng)設定。

                                                                                      軟件主界面

當選擇由外部信號控制磁場(chǎng)設定時(shí)，其工作流程：

①接收外部控制信號控制地磁屏蔽線(xiàn)圈組，將三個(gè)維度的設定值設為0nT，開(kāi)始調零；

②地磁屏蔽線(xiàn)圈組三個(gè)維度的磁場(chǎng)值調節至指定范圍內(±50nT)，軟件發(fā)送“準備好”信號至控制計算機，并停止調零；

③控制計算機接收到“準備好”信號后，用戶(hù)可以開(kāi)始設置指定維度的磁場(chǎng)值，例如設置Bx為1000nT；

④接收到外部控制信號“Bx：1000nT”后，軟件控制磁場(chǎng)發(fā)生線(xiàn)圈組X維度對應的電源，采用PID閉環(huán)控制將Bx控制在1000nT左右，具體的調節精度用戶(hù)可以在軟件“調節靈敏度”一項中進(jìn)行設置；

⑤完成指定維度磁場(chǎng)大小的調節后，軟件發(fā)送“調節完成”信號至控制計算機，以提示用戶(hù)可以進(jìn)行下個(gè)磁場(chǎng)值的設置。

PID參數設置界面如下圖所示，主要用于對PID參數進(jìn)行調節，以使系統的調節性能在調節時(shí)間、超調量、振蕩、穩態(tài)誤差等指標間達到*優(yōu)。

 PID參數設置界面

Kp加大將會(huì )減少穩態(tài)誤差，提高系統的動(dòng)態(tài)響應速度，但太大則振蕩次數增多。

Ki可以用來(lái)消除系統的穩態(tài)誤差。當Ki合適時(shí)，系統的特性比較理想。

但是Ki偏大系統的振蕩次數較多；

Ki偏小積分控制對系統的性能影響較小，這樣就不能有效的消除系統的穩態(tài)誤差。

Kd控制可以減小系統的超調量，克服振蕩，縮短調節時(shí)間。

當Kd偏小時(shí)，超調量變大，調節時(shí)間變長(cháng)。

PID校正綜合應用了超前和滯后校正的各自特點(diǎn)，利用超前校正來(lái)增大系統的相位裕度，改善其動(dòng)態(tài)性能；

利用滯后部分來(lái)改善系統的靜態(tài)性能，從而提高系統的穩定性和快速性。

PID校正采用湊試法，試驗原則按照先比例、后積分、再微分原則，即按造 P、PI 、PID 順序進(jìn)行試驗，得出滿(mǎn)意的控制參數。