脉冲强磁场作为一种揭示物质未知现象和效应的极端实验环境,被广泛应用于物理、化学、生物等领域的前沿科学研究中。脉冲强磁场的产生是一项挑战极限的强电磁工程技术,复杂性高、技术难度大。为了满足前沿科学研究的发展需求,磁场波形与磁体结构形式正在日趋多样化,磁场参数向更高磁场强度、更长持续时间、更稳磁场波形以及更高重复频率等方向发展,亟需建设高水平的脉冲强磁场装置。而控制系统作为脉冲强磁场装置核心组成部件之一,其性能直接关系到装置的运行稳定性和实验效率。为此,本文围绕脉冲强磁场装置控制系统的设计思想、关键技术以及运行可靠性等方面开展深入研究。针对目前国际上强磁场装置功能单一、扩展性差的现状,本文提出了基于控制组件资源组态、协同运行的装置设计思想,建立了磁场系统通用物理模型,实现了不同形式磁场系统的模型复现。将电源、磁体、时序控制系统等磁场系统主要要素,通过数据抽象和封装,定义为控制组件数据对象,基于控制组件建立了磁场系统数据模型。提出了主电路拓扑构造、控制策略设计以及资源动态配置的磁场系统构建和运行流程。基于该方法设计的脉冲强磁场装置,能够适应灵活多变的磁场需求,在国际上首次实现了同一磁体产生半正弦脉冲、平顶脉冲、重复脉冲等多种不同类型的磁场波形,实验效率是国际同类装置的2倍。磁场系统运行时序是控制策略的集中体现,包括不同资源模块的执行顺序、相互调用关系以及时序控制逻辑,也是磁场系统协同运行的关键。本文通过将磁场系统的运行过程分解为一系列顺序执行的时序动作,建立了磁场系统的运行过程模型。在此基础上,针对时序动作之间存在的复杂耦合关系,提出了基于结构矩阵解耦规划的时序系统设计新思路,基于图论工具求解时序动作关系矩阵耦合集,应用解耦规划方法设计磁场系统运行时序。此外,针对高分辨率时序信号产生这一关键技术,提出了采用三级延时链和动态补偿的技术方案,将时序控制的分辨率提高到了纳秒量级。在脉冲强磁场装置的状态监测方面,提出了基于锁相放大原理的脉冲磁体电阻电感监测方法,测量精度0.1%,分辨率1 mΩ,实现了磁体阻抗微弱变化量的实时监测;研制了基于磁场分布特性的微型传感器,设计了基于物理效应的高精度磁场标定系统,解决了高参数放电条件下脉冲磁场的实时标定问题,标定精度达到0.01%;实现了脉冲大电流的实时检测,测量准确度达到1%,批量使用分散性小于±3%。基于状态监测数据和证据理论,建立了状态评估模型,并通过评估实例验证了模型的有效性。在脉冲强磁场装置控制系统的可靠性研究方面,本文首先使用故障模式与影响分析方法（Failure Mode and Effect Analysis,FMEA）,定性分析出控制系统的主要故障模式,并运用故障树分析方法（Fault Tree Analysis,FTA）实现故障概率的定量计算。在此基础上,为实现可靠性的动态评估,本文提出了基于马尔科夫链的可靠性建模方法,建立了控制系统的多元状态变化分布模型,实现了系统可靠性的状态转移表达。基于该模型,开展了脉冲强磁场装置控制系统的可靠性计算与评估,结果表明,各主要控制单元的稳态可用度均在95%以上,复杂磁场控制系统可靠性指标有所降低,但仍满足使用要求。同时通过分析可靠性的薄弱环节,为控制系统可靠性改进与提升指明了方向。在上述工作的基础上,本文开展了控制系统的设计与实现。设计了分层分布式并列协作的控制系统架构,提出了控制单元的设计模型,实现了控制的集成化和配置的灵活化。并通过多级超强、无纹波平顶脉冲以及高重复频率三类复杂磁场系统的运行实例验证了控制系统设计的合理性和有效性。在脉冲强磁场装置国家验收中,控制系统被评价为“实现了多种电源、多级磁体及多个科学实验站的协同工作及精确时序控制,运行安全可靠,控制灵活,位居国际脉冲强磁场装置的领先水平”。