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兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）是兰州重离子加速器（HIRFL）的扩建工程，属于国家重大科学工程项目。磁场电源控制系统是冷却储存环控制系统中重要的一部分。数字PI控制的数字电源在加速器技术中得到快速发展与应用，然而，在应用中其动态性能及负载扰动抑制方面，尚存在不足。微处理器的发展使计算机功能日益强大，成本日益降低，使许多基于现代控制理论的复杂算法的实现成为可能。基于状态空间模型的最优状态反馈控制系统，可解决PI调节器响应速度慢、易出现超调的缺点，提高系统的响应速度与鲁棒性，且在完成多个状态反馈时也不会构成分立的多闭环控制系统。 本文运用状态空间平均法建立了加速器直流开关斩波电源的小信号状态空间模型，在状态空间模型的基础上，运用基于现代控制理论的状态空间设计方法对电源控制系统进行了全新的设计，同时运用MATLAB/Simulink及SimPowerSystemBlocket模型库对开关电源电力电子电路及最优状态反馈等控制系统进行了仿真与分析，仿真结果表明:基于状态空间理论的最优状态反馈控制系统对开关电源输出电流及电压具有很好的控制效果。 为了满足高阶最优状态反馈控制系统的实时控制，本文采用了ARM+FPGA体系结构的多功能智能控制器。其中ARM实现数据的远程网络数据传输、远程监控及参数的可视化配置。FPGA则作为控制器的核心器件，完成对电源的实时闭环控制。在基于状态空间理论的基础上，在FPGA中设计了全新的的硬件状态空间方程解算器，实现了状态反馈算法的硬件求解，以满足对电源进行实时、高速的状态反馈控制。同时片内集成了如A/D转换器、PWM发生器、脉冲死区发生器等外设电路。该控制器可对五阶及五阶以下单输入单输出系统进行实时闭环控制，同时由于该控制器通用的解算器结构设计，使其不仅可用于对高频变换器的控制，也可推广应用到电机控制等领域。 实验结果表明:AMR+FPGA的控制器集成度高，结构布局合理，适用性强;基于FPGA硬件状态空间方程解算器的控制器可很好地实现最优观测状态反馈闭环控制，其动态响应速度、稳态精度、抗干扰性及鲁棒性均有很大的提高。