为了利于高功率微波系统的紧凑化和小型化，降低系统能耗，对产生引导磁场的超导磁体系统进行了研究设计。超导磁体使用稀土钡铜氧化物线饼组成。低温系统采用4台小型风冷式斯特林制冷机对超导磁体冷却。为了适用于车载环境并降低漏热，采用了一种非金属材料的新型锥体结构作为磁体的承载结构，并通过仿真分析了一般的车载环境下的磁体结构承载情况。整个高温超导磁体工作温区为40～50 K，达到目标场时的通电电流为77.49 A，均匀区场强达到4 T。整个系统能耗较传统技术降低80%。通过实验测试出高温超导磁体的温度运行上限为48.9 K。

初始磁场电源系统用于激励千特斯拉级内爆磁压缩装置的初级线圈产生初始磁场，是内爆磁压缩装置的关键设备。在分析千特斯拉级内爆磁压缩装置初始磁场电源需求和技术难点的基础上，系统设计了核心部件选择方案和主脉冲电路及控制系统结构，研制成功一套输出电压1～40 kV可调、主放电电流脉冲上升沿约60 μs、总峰值电流达3.2 MA的初始磁场电源系统，已应用于千特斯拉级内爆磁压缩装置动态试验。

开展了E型波导振荡器永磁引导系统的物理与设计研究。对强流相对论电子束在理想方波形反转引导磁场中的传输条件进行了理论分析，给出了相对论条件下轴对称复合场中电子束的傍轴轨迹方程和最小引导磁场的计算公式。根据该理论分析，针对C波段E型波导振荡器高频互作用区的结构特点，设计了反转永磁引导系统，同时给出了漂移管内各个磁场分量的表达式。该系统由轴径向磁化空心永磁体组合产生反转引导磁场，永磁体的总质量约为2.5 kg。采用爆炸发射阴极，展示了强流相对论电子束在该引导磁场中的传输特性。研究结果显示，所设计反转永磁引导系统可引导400 kV、580 A的环形电子束稳定通过半径为6 mm的漂移管，带入器件，得到112.5 MW的4.8 GHz微波输出功率，效率为48.49%，确定了反转永磁引导系统应用于E型波导振荡器的技术可能性。

为了满足复杂多变的电磁环境对正弦电流精度和变频调幅稳定输出的要求，提出了LC串联谐振理论与高频PWM调制技术相结合的设计思想。研制了一种多频点(10～3800 Hz)、电流高达8000 A的正弦波电源。FTD电源采用直流开关电源技术、SPWM调制技术和LC串联谐振理论。输出电流工作点包括10 Hz@8000 A、20 Hz@6000 A、30～110 Hz@5000 A和1.3～3.8 kHz@2400 A。采用电流反馈和频率反馈控制策略，输出电流精度可达5%。测试结果表明，FTD电源能够满足系统要求，实现了对偏滤器偏转磁场的强度和频率的调节，为偏滤器靶板的粒子热沉积效果的对比实验提供了支持。

针对目前多极磁铁孔径越来越小的发展趋势，搭建了一种基于单根伸展线法（Single Stretched Wire Method，SSWM）的磁测系统，该系统的主要优势是测量域所需空间小且运动模式灵活。基于该系统的优势及四极磁铁磁场分布的特点，尝试使用双曲线轨迹对四极磁铁靠近其四个极头的区域进行了扫描测量，并根据矢势在测量点分布的特性，提出了一种全新的数据分析方法，用以分析四极磁铁的梯度积分和高阶场误差。用该系统对一孔半径为11 mm、梯度大于100 T·m^-1的四极磁铁进行测量，测量结果表明高阶场误差测量重复性好于±1.5×10^-4，能满足小孔径高梯度四极磁铁的磁场测量要求。

预测控制是一种通过数学模型对电机未来行为进行预测与调整，以此减小系统时延影响的优化控制方法。系统时延是一种非线性时变扰动，难以被准确估算与补偿，降低了传统位置预测控制应用于直线电机这类响应快速对象时的位置跟踪性能。本文分析了永磁直线同步电机的系统时延来源与影响，在预测模型中引入主动变速系数来降低系统时延以加快电机响应速度，解决了传统预测控制无法进行滚动优化的问题进而提出了一种多步虚拟位置预测控制，实现高性能系统时延补偿。文章对一台医用显微镜用小功率永磁直线同步电机进行仿真和实验，结果表明所提方法能够加快电机动态响应速度，并且在对三角、正弦等不同类型曲线的跟踪中均能够降低系统时延的影响，位置跟踪精度相较传统位置预测控制提高了约20%。

为了提高永磁同步电机控制系统电流环控制器的性能，降低模型参数失配对控制系统的影响，提出了基于高斯过程参数辨识的永磁同步电机有限集模型预测电流控制策略（FCS-GPMPC）。首先，介绍了永磁同步电机电流预测模型并分析了模型参数失配对系统性能的影响；其次，为简化一般机器学习参数辨识算法中超参数复杂的调试过程，提出了一种基于高斯过程的模型参数的辨识方法；同时，引入预测值的置信区间作为参数预测效果的实时评估参考；最后，将高斯过程参数辨识与基于模型的有限集模型预测电流控制（FCS-MPC）相结合，在得到准确辨识的参数后对系统电流预测模型更新以提高系统鲁棒性和电流环跟踪性能。实验结果显示：在本文训练数据的统计特征下，测试数据均方根误差RMSE为0.002 1，R2达到0.99。在参数波动条件下，与FCS-MPC相比，FCS-GPMPC策略下电流波动度降低了30.5%，电流平均偏移度降低了19.6%，另外对参考电流的阶跃变化，FCS-GPMPC有更好的动态响应。实验结果表明，基于高斯过程的模型预测控制方法可有效抑制模型失配对控制系统的影响，能够提高永磁同步电机控制系统电流控制器性能。