机械制冷机温度控制算法研究

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1、密级:硕士学位论文机械制冷机温度控制算法研究作者姓名：刘瑶瑶指导教师:吴亦农研究员中科院上海技术物理研究所学位类别:工学硕士学科专业:电路与系统研究方向：光电系统及其自动化培养单位:中科院上海技术物理研究所2016年4月ResearchonTemperatureControlAlgorithmofMechanicalCryocoolerBy[LiuYaoyao]ADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmen

2、toftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringShanghaiInstituteofTechnicalPhysicsChineseAcademyofSciencesApril,2016致谢致谢思绪来到这一章节时，意味着论文即将完成，我的三年研究生生活即将完结。每当脑海中回想起这三年所走过的道路，总不免有些感慨。从文献调研到课题开题，到中期报告，直到现在的论文撰写，每一个关键的结点都历历在目，每一个结点的顺利通过都离不开导师和朋友的鼓励与支持。回顾课题研究的整个过程

3、，最想说的是感谢。衷心感谢我的导师吴亦农老师，吴老师严谨的工作态度影响着我课题研究的每一个环节。吴老师对课题逻辑上的把握给我的课题研究提供了明确的研究思路。此外，我还要衷心地感谢杨宝玉老师，感谢杨老师在繁忙的工作之余对我的课题研究提出的建设性意见。三年的求学时光转瞬即逝，吴老师我生活上的关心，在我学习研究上的指导，在我遇到困难时的鼓励，都使我看到了一位学习和生活上的领路人的风范。杨老师在工作上兢兢业业、不辞劳苦的精神让我感动。在本篇文章的撰写过程中，吴老师和杨老师以自己渊博的学识和严谨的态度给予了我诸多的指导，给出了

4、很多中肯的建议，使我受益匪浅。在此，向吴老师和杨老师致以深深的敬意和真挚的感谢！感谢实验室的欧朝华、赵月中、朱玉琼等老师对我课题的指导，他们对我的相关实验的实施做了详尽的指导，在此也向他们表达深深的感谢！感谢我的父母，是他们多年来对我的抚养和关心，是他们对我的支持和肯定，使我一步一步顺利完成学业，不断进步。向他们表达无尽的感谢！感谢同办公室的文佳佳、蒋燕阳、朱海峰、余慧勤等同学在课题研究中给予的帮助，与他们的相处，使得我的研究生生涯丰富多彩，充满回忆。同时与他们的交流使得我思维广阔，受益颇深。在此向他们表示感谢！感谢

5、男朋友的理解与支持，感谢生活中所有帮助过我的朋友们，感谢所有批评过我的朋友们，是他们的付出，帮助我不断进步。最后，向为审阅本文而付出辛勤劳动的各位老师表示深深的感谢！刘瑶瑶2016年4月I机械制冷机温度控制算法研究摘要目前红外探测技术已广泛应用于天气预报、环境监测、灾害预警、资源探测、农业种植、渔业养殖以及军事遥感领域，与国家的发展密切相关。在航空航天遥感领域，机械制冷机以其体积小、重量轻、稳定性高等优点成为红外探测器组件的重要组成部分。机械制冷机温度控制的精确性、稳定性对高分辨率相机系统稳定成像具有重要意义。国内外

6、机械制冷机主动温度控制普遍采用比例-微分-积分（ProportionIntegrationDifferentiation，PID）控制算法。由于对制冷机组件的数学模型缺乏了解，无法结合被控对象对PID控制算法进行深入分析，对制冷机闭环温度控制系统的仿真研究较少，因此PID参数的设计多依靠工程经验，费时费力。针对这些问题，本文对机械制冷机PID温度控制算法进行了以下几方面研究：首先，根据传热学和电路相关理论对制冷机温度控制系统主要部件进行了理论建模，确定了模型结构和阶次，模型中的未知参数可以通过辨识得出。随后建立了机械

7、制冷机温度控制系统的闭环控制模型。其次，在分析PID控制基本原理的基础上，结合制冷机组件的数学模型分析了增量式数字PID控制参数变化对系统稳定性的影响。然后，将制冷机组件的传递函数与增量式PID控制器相结合，给出了基于稳定裕度的增量式PID参数稳定域的计算方法，并进行了仿真验证。最后，通过实验法对制冷机组件数学模型的未知参数进行了辨识，并根据试验结果总结了热负载功率对制冷机组件传递函数的影响规律。建立了制冷机温度控制系统的Simulink仿真平台，并采用实验与仿真相结合的方法分析总结了PID各参数以及实际应用中的约束

8、条件对制冷机闭环温度控制的作用规律。最终实现了控温稳定度±0.1K/30min的性能指标。关键词：机械制冷机；PID算法；模型参数辨识；稳定域；参数整定IIAbstractAbstractAtpresent,theinfrareddetectingtechnologyiswidelyappliedtomanyareaswhichincludes