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500W/4.5K氦制冷机是由中科院等离子体物理研究所自主设计研制的百瓦级氦制冷机，可提供500W/4.5K的制冷量，用来生产液氦和为超导磁体提供4.5K超临界氦进行迫流冷却。氦透平膨胀机是氦制冷机的核心降温部件，结构精密，其安全稳定高效的运行是实现氦制冷机全自动运行的先决条件。氦透平膨胀机自动控制的实现，对加速国产化大型氦制冷机的进程具有十分重要的意义，也将是国内低温技术发展的一个重要标志。 针对自行设计研制的静压气体轴承透平，本文从透平膨胀端的机理分析出发，从控制的角度，采用一元稳定流动理论来简化膨胀端模型，分析了压力与流量、流速等的关系。在控制流程分析的基础上，设计了透平的自动控制方案:以制动阀控制透平转速为主，以入口阀控制透平流量为辅，并引入影响因子来量化氦制冷机中众多参数与透平控制的关联程度。通过制动机理分析，设计了双阀控制方案。为保证透平安全稳定运行，对透平转速设定值进行了预处理，并设计了自适应模糊PID控制器，以达到更好的控制效果。 针对第二套透平系统—捷克动压涡流制动透平，分析了其控制流程和电磁涡流制动原理，完成了捷克透平从站与PLC主站之间的数据传输与处理。对于捷克透平与全气透平共用的设备，设计了相应的协调处理方案，并针对入口阀，设计并实现了透平流量控制方案。 最后在西门子SIMATIC S7-300 PLC上，完成了两套透平的控制系统设计及其自动控制方案的实现。采用SCL语言和CFC语言，完成了两套透平的PLC控制程序设计以及相应的WinCC监控及报警提示界面，并全部通过了离线调试。利用MATLAB对模糊控制策略进行仿真，得到的结果说明设计的自适应模糊PID控制器具有更好的控制效果。利用曲线拟合出的特性比与透平效率的关系，计算了从300K到15K过程中两种策略下透平的效率，结果证明了最优转速控制策略的优越性。