机械制冷机高精度温控的系统仿真与实验研究
发布时间：2021-03-08 21:16
随着空间探测技术的不断发展,空间设备对环境的要求越来越高,机械制冷机以其小体积、轻质量、高稳定性等优点,广泛应用于红外探测技术,以提高芯片稳定度,延长芯片的使用寿命。由于红外相机对环境温度非常敏感,当环境温度波动超过一定范围时,会影响相机的成像质量,在新一代的风云卫星光电载荷对红外探测器低温工作温度提出了50mK（±25mK）稳定度的要求,因此,需要机械制冷机的冷头温度始终能够维持较高的稳定性。针对这些问题,本文对机械制冷机的温度控制特性进行了以下几个方面的研究:首先,对脉冲管型机械制冷机工作原理进行介绍,详细说明机械制冷机温控系统的组成部分,并对驱动控制电路和制冷机组件的数学模型进行分析,将二者相结合,总结得到机械制冷机温控系统模型。其次,对机械制冷机的温度控制算法进行研究,总结分析位置式PID算法和增量式PID算法对机械制冷机系统性能的影响,结合机械制冷机的性能特点,给出简化的稳定域参数范围的计算方法,使控制算法的参数整定更加简洁易懂。然后,基于多物理域仿真软件—Simplorer软件,结合压缩机仿真软件—Maxwell软件和控制系统与杜瓦组件仿真软件—Simulink/Matla...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
斯特林制冷机闭环温度控制框图
第一章 绪论，从而达到调节冷头制冷量的目的，使制冷机冷头温度在不同定，不同热负载下的控制器的输出驱动电压如图 1.3 所示。但用于大功率系统，所以系统的发热量也较大，需要设置额外的系统的稳定裕度有限，适用范围较窄，一定程度上限制了系统
3图 1. 3 TCD 控制系统不同热负载下的驱动电压幅值.1. 3 Drive voltage amplitude under different thermal loads of TCD control s Thales 公司于 2009 年，研制出一款斯特林制冷机和脉冲管制统。该控制系统核心基于数字控制，控制算法采用 PID 算法，压缩机，并且系统中加入了诊断功能，当系统发生故障时，诊故障原因，大大减少排查故障的时间，提高了系统的实用性。块采用测温二极管作为温度传感器，室温下测温二极管的电压μV/min，控制系统的功能模块高度集成化，并且在系统中加入
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间用3 W@80 K脉冲管制冷机实验研究[J]. 张安阔,刘少帅,朱海峰,蒋珍华,阚安康. 低温工程. 2016(05)
[2]制冷机PID温度控制参数设计[J]. 刘瑶瑶,杨宝玉,吴亦农. 红外. 2016(04)
[3]制冷机在空间红外遥感领域的应用研究[J]. 杨雪,茅年清,徐圣亚. 真空与低温. 2014(02)
[4]SPWM逆变电源LC滤波器的研究与设计[J]. 张立广,刘正中. 电子设计工程. 2014(06)
[5]低温传感器的应用进展[J]. 吴昊,张华标,许令顺,武义锋,苏玉磊. 低温与超导. 2013(12)
[6]航天先进红外探测器组件技术及应用[J]. 龚海梅,邵秀梅,李向阳,李言谨,张永刚,张燕,刘大福,王小坤,李雪,方家熊. 红外与激光工程. 2012(12)
[7]Simplorer在电力电子技术教学改革中的应用[J]. 林立,唐杰,刘家芳,唐宏伟,刘丽. 中国电力教育. 2011(18)
[8]空间用斯特林制冷机的过程控制[J]. 朱鹏,傅雨田. 低温与超导. 2011(02)
[9]基于DSP的星载小型化斯特林制冷机控制器设计[J]. 李元明,于秀明,贾旭鹏. 真空与低温. 2007(01)
[10]斯特林制冷机温度闭环控制系统的探讨[J]. 贾旭鹏,姜继善,于秀明,魏广,李元明. 真空与低温. 2006(03)
博士论文
[1]两级脉冲管制冷机驱动与控制以及级间冷量分配的理论与实验研究[D]. 谭军.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[2]直线脉管集成耦合杜瓦封装设计及其关键技术研究[D]. 范广宇.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[3]增益、相位裕度计算与控制器设计研究[D]. 聂卓赟.中南大学 2012
[4]温度对遥感器光学系统成像质量的影响[D]. 巩盾.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
硕士论文
[1]制冷型红外探测器组件低温热特性研究[D]. 孙闻.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[2]机械制冷机温度控制算法研究[D]. 刘瑶瑶.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[3]小型制冷机温度控制算法的研究[D]. 赵鑫.东北大学 2011
[4]PID参数整定技术的研究及应用[D]. 刘玲玲.郑州大学 2010
[5]时滞系统PID参数稳定域研究与实验[D]. 金晶.天津科技大学 2009
[6]温控系统的智能PID控制算法研究[D]. 李科.华中科技大学 2006
[7]PID控制器参数整定方法及其应用研究[D]. 何芝强.浙江大学 2005
本文编号：3071687
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
斯特林制冷机闭环温度控制框图
第一章 绪论，从而达到调节冷头制冷量的目的，使制冷机冷头温度在不同定，不同热负载下的控制器的输出驱动电压如图 1.3 所示。但用于大功率系统，所以系统的发热量也较大，需要设置额外的系统的稳定裕度有限，适用范围较窄，一定程度上限制了系统
3图 1. 3 TCD 控制系统不同热负载下的驱动电压幅值.1. 3 Drive voltage amplitude under different thermal loads of TCD control s Thales 公司于 2009 年，研制出一款斯特林制冷机和脉冲管制统。该控制系统核心基于数字控制，控制算法采用 PID 算法，压缩机，并且系统中加入了诊断功能，当系统发生故障时，诊故障原因，大大减少排查故障的时间，提高了系统的实用性。块采用测温二极管作为温度传感器，室温下测温二极管的电压μV/min，控制系统的功能模块高度集成化，并且在系统中加入
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间用3 W@80 K脉冲管制冷机实验研究[J]. 张安阔,刘少帅,朱海峰,蒋珍华,阚安康. 低温工程. 2016(05)
[2]制冷机PID温度控制参数设计[J]. 刘瑶瑶,杨宝玉,吴亦农. 红外. 2016(04)
[3]制冷机在空间红外遥感领域的应用研究[J]. 杨雪,茅年清,徐圣亚. 真空与低温. 2014(02)
[4]SPWM逆变电源LC滤波器的研究与设计[J]. 张立广,刘正中. 电子设计工程. 2014(06)
[5]低温传感器的应用进展[J]. 吴昊,张华标,许令顺,武义锋,苏玉磊. 低温与超导. 2013(12)
[6]航天先进红外探测器组件技术及应用[J]. 龚海梅,邵秀梅,李向阳,李言谨,张永刚,张燕,刘大福,王小坤,李雪,方家熊. 红外与激光工程. 2012(12)
[7]Simplorer在电力电子技术教学改革中的应用[J]. 林立,唐杰,刘家芳,唐宏伟,刘丽. 中国电力教育. 2011(18)
[8]空间用斯特林制冷机的过程控制[J]. 朱鹏,傅雨田. 低温与超导. 2011(02)
[9]基于DSP的星载小型化斯特林制冷机控制器设计[J]. 李元明,于秀明,贾旭鹏. 真空与低温. 2007(01)
[10]斯特林制冷机温度闭环控制系统的探讨[J]. 贾旭鹏,姜继善,于秀明,魏广,李元明. 真空与低温. 2006(03)
博士论文
[1]两级脉冲管制冷机驱动与控制以及级间冷量分配的理论与实验研究[D]. 谭军.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[2]直线脉管集成耦合杜瓦封装设计及其关键技术研究[D]. 范广宇.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[3]增益、相位裕度计算与控制器设计研究[D]. 聂卓赟.中南大学 2012
[4]温度对遥感器光学系统成像质量的影响[D]. 巩盾.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
硕士论文
[1]制冷型红外探测器组件低温热特性研究[D]. 孙闻.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[2]机械制冷机温度控制算法研究[D]. 刘瑶瑶.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[3]小型制冷机温度控制算法的研究[D]. 赵鑫.东北大学 2011
[4]PID参数整定技术的研究及应用[D]. 刘玲玲.郑州大学 2010
[5]时滞系统PID参数稳定域研究与实验[D]. 金晶.天津科技大学 2009
[6]温控系统的智能PID控制算法研究[D]. 李科.华中科技大学 2006
[7]PID控制器参数整定方法及其应用研究[D]. 何芝强.浙江大学 2005
本文编号：3071687
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