一种空间用斯特林制冷机的控制系统研究

• 作 者: 朱鹏
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 斯特林制冷机 温度闭环控制系统 驱动控制器 硬件设计 驱动控制算法 上位机控制软件

本课题针对国外进口的空间用自由活塞型斯特林制冷机的控制器在使用中存在的适配性差、元器件等级不足等问题,开展了为引进制冷机自行研制匹配控制器的工作。　　
在研究斯特林制冷机控制原理和国内外发展现状的基础上,通过分析引进制冷机对控制系统的要求,设计了以FPGA为核心的温度闭环控制系统方案。　　
文章详细介绍了驱动控制器各部分组成电路的硬件设计及驱动控制算法的实现,简单说明了上位机控制软件的设计及指令编码。文章还简单描述了该制冷系统的实验平台以及实验过程,包括控制器空载实验和驱动直线电机实验,不同环境温度下的控制试验,控制器和压缩机的电磁兼容测试:文章给出了各项测试结果并作了简要分析。　　
各项测试结果验证了控制器的驱动控制性能:输出电压频率为50±0.2Hz,正弦波叠加的直流电平为0.05V,满足制冷机对驱动电压频率稳定度和直流分量的要求;制冷系统的温度稳定精度可达±0.5K,在预期的±1K以内;在快速降温过程中,控制器效率可达80％,PID调节稳温的过程中,控制器的效率一直保持在72%左右。　　
最后,文章总结了课题的各项工作,认为系统方案的设计是合理可行的,基本性能指标达到了设计的要求,为进一步应用到空间环境中打下了较好的基础。