我公司生產(chǎn)的高精度地磁動態(tài)模擬屏蔽系統(tǒng)的性能參數(shù)處于國**先水平，該設(shè)備可以穩(wěn)定有效的產(chǎn)生與地磁磁場方向相反的對等高精度磁場。

并使用高精度磁通門計進行實時反饋與實時調(diào)節(jié)，使本系統(tǒng)的十萬分之一電源處于反饋調(diào)節(jié)狀態(tài)，系統(tǒng)可以實時抵消地磁場的磁場波動，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(nèi)可以產(chǎn)生1nT或0.1nT的梯度磁場，系統(tǒng)也可以隨意在三維分量上產(chǎn)生任意設(shè)定的磁場用于科學(xué)實驗與模擬地磁變化環(huán)境

本系統(tǒng)被航天**及大專院校廣泛使用，其精度及穩(wěn)定性數(shù)字化程度等特性廣受好評，該磁場動態(tài)模擬系統(tǒng)由磁場發(fā)生裝置、上位機控制軟件和磁場測量裝置組成。

小型地磁屏蔽補償線圈

大型地磁屏蔽補償線圈

磁通發(fā)生裝置一個三維線圈和相應(yīng)3個電源組成。線圈結(jié)構(gòu)如下圖所示。每個維度有2個線圈，用于屏蔽并產(chǎn)生勻強磁場。

線圈的結(jié)構(gòu)

磁場測量裝置包括CH-330F磁通門計和磁通門探頭，如下圖所示，主要用于測量線圈中心勻強磁場區(qū)的磁場大小。

磁場測量裝置

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(jù)采集回的實時磁場值和控制計算機發(fā)送的外部信號，控制電源電流，驅(qū)動線圈產(chǎn)生指定大小的磁場。

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

磁通門計和3個電源放于機柜內(nèi)；

磁通門探頭由支架支撐，放于線圈的中心勻強磁場區(qū)內(nèi)。

系統(tǒng)整體布局圖

項目方案

 磁場發(fā)生裝置

電源主要用于對線圈進行供電，驅(qū)動線圈產(chǎn)生磁場。 

 輸出電流

· 輸出范圍 0—±1200.000mA DC

· 高步進分辨率10mA（1/120000 F.S.）

· 高準確度：±（0.015%設(shè)置值+20mA）@1000mA

· 低噪聲/紋波：20mA RMS 典型值 @1000mA

· 輸出阻抗 >100MW 

· 穩(wěn)定度優(yōu)于±0.01% @1000mA

· 浮動輸出

· *大輸出功率48W

 輸出電壓

· 有效范圍 0—40V DC

· 開路輸出電壓：45V±0.2V

 負載保護

· 可控的輸出端狀態(tài)

· 靜電保護和開機上電沖擊保護

· 防沖擊模式ATS和**的輸出狀態(tài)時序控制

 負載適應(yīng)性

· 輸出補償網(wǎng)絡(luò)

· 輸出阻抗100MW

 自動控制

· 標準配備RS-232C計算機接口和易用的接口特性

· 標準配備內(nèi)部USB—RS-232C轉(zhuǎn)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鍵交互型功能鍵盤操作

 標準規(guī)格

· 提供用戶手冊

· 標準全寬2U臺式儀器，交流220V/50Hz供電

 磁場測量裝置

磁場測量裝置包括330F磁通門計和英國690磁通門探頭。

表3 配備690探頭的磁通門計測量參數(shù)

 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(zé)由330F磁通門計讀取當(dāng)前的磁場測量值，并以曲線的形式顯示在界面上；

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

軟件采用PID閉環(huán)控制方式對線圈中心均勻區(qū)磁場進行控制，如下圖所示：輸入端為用戶設(shè)定的磁場值，軟件根據(jù)此設(shè)定值，由PID算法換算出相對應(yīng)的控制電流值，輸出至電源；

線圈產(chǎn)生的磁場隨著控制電流的變化而發(fā)生變化，330F磁通門計將變化后的反饋磁場值發(fā)送給上位機，軟件根據(jù)磁場的設(shè)定值與實際值的差值進行不斷地調(diào)節(jié)，直至誤差在允許的范圍內(nèi)。

                                                                                    軟件控制原理

軟件的主界面如下圖所示，對地磁屏蔽線圈組的控制用于消除地磁的影響；

對磁場發(fā)生線圈組的控制用于在均勻區(qū)產(chǎn)生指定大小的磁場。

外部輸入選項框可選擇是否由外部信號控制磁場設(shè)定。

                                                                                      軟件主界面

當(dāng)選擇由外部信號控制磁場設(shè)定時，其工作流程：

①接收外部控制信號控制地磁屏蔽線圈組，將三個維度的設(shè)定值設(shè)為0nT，開始調(diào)零；

②地磁屏蔽線圈組三個維度的磁場值調(diào)節(jié)至指定范圍內(nèi)(±50nT)，軟件發(fā)送“準備好”信號至控制計算機，并停止調(diào)零；

③控制計算機接收到“準備好”信號后，用戶可以開始設(shè)置指定維度的磁場值，例如設(shè)置Bx為1000nT；

④接收到外部控制信號“Bx：1000nT”后，軟件控制磁場發(fā)生線圈組X維度對應(yīng)的電源，采用PID閉環(huán)控制將Bx控制在1000nT左右，具體的調(diào)節(jié)精度用戶可以在軟件“調(diào)節(jié)靈敏度”一項中進行設(shè)置；

⑤完成指定維度磁場大小的調(diào)節(jié)后，軟件發(fā)送“調(diào)節(jié)完成”信號至控制計算機，以提示用戶可以進行下個磁場值的設(shè)置。

PID參數(shù)設(shè)置界面如下圖所示，主要用于對PID參數(shù)進行調(diào)節(jié)，以使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能在調(diào)節(jié)時間、超調(diào)量、振蕩、穩(wěn)態(tài)誤差等指標間達到*優(yōu)。

 PID參數(shù)設(shè)置界面

Kp加大將會減少穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，但太大則振蕩次數(shù)增多。

Ki可以用來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。當(dāng)Ki合適時，系統(tǒng)的特性比較理想。

但是Ki偏大系統(tǒng)的振蕩次數(shù)較多；

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

Kd控制可以減小系統(tǒng)的超調(diào)量，克服振蕩，縮短調(diào)節(jié)時間。

當(dāng)Kd偏小時，超調(diào)量變大，調(diào)節(jié)時間變長。

PID校正綜合應(yīng)用了超前和滯后校正的各自特點，利用超前校正來增大系統(tǒng)的相位裕度，改善其動態(tài)性能；

利用滯后部分來改善系統(tǒng)的靜態(tài)性能，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)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 順序進行試驗，得出滿意的控制參數(shù)。