基于辨识的低温制冷系统控制率设计方法

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1、航天返回与遥感第37卷第1期48SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2016年2月基于辨识的低温制冷系统控制率设计方法金占雷孙启扬张新玉周峰(北京空间机电研究所，北京100094)摘要为提高低温制冷控制系统的调试效率和控制效果，文章提出一种基于阶跃响应系统辨识的低温制冷机控制率设计方法。首先分析了控温点80K附近的制冷机杜瓦组件漏热情况，结果表明在控温点附近制冷机的漏热近乎恒定不变，可以用传统阶跃响应辨识方法对制冷机进行系统辨识；然后在控温点附近输入阶跃驱动信号并采集到制冷机的系统响应曲线，通过Matlab系统辨识工具箱进行系统辨识得到制冷机

2、传递函数；再根据控制目标和被控对象特性设计了PI控制算法，并分析了控制算法参数变化对控制效果的影响；最后将控制算法进行离散数字化，得到可以在单片机程序中运行的时域离散数字算法，并进行了实验验证。实验结果和理论仿真结果吻合较好，证明了辨识结果的正确性及通过系统辨识进行控制率设计的可行性，为进一步深入研究低温制冷系统控制算法，提高低温制冷控制系统调试效率和控制效果提供了重要依据。关键词低温制冷阶跃响应辨识控制率红外遥感中图分类号：TP722．5文献标志码：A文章编号：1009—8518(2016)01—0048—07DOI：10．3969／j．issn．1009—8518．

3、2016．01．006CryocoolerControlAlgorithmDesignMethodBasedonSystemIdentificationJINZhanleiSUNQiyangZHANGXinyuZHOUFeng(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100094．China)AbstractAnovelcryocoolercontrolalgorithmdesignmethodbasedonsystemidentificationisproposedforimprovingdebugeff

4、iciencyandcontroleffect．Firstly,thermalleakageofcryocooler-dewarmoduleround80Kcontrolpointisanalyzed；theresultsindicatethatthermalleakageround80Kisalmostthesame，andthecryocoolermodelcanbeidentifiedbyclassicalstep-responsemethod．Thenstepdrivingsignalisaddedtothecryocoolertogetthesystemres

5、ponseresults，andthecryocoolertransferfunctionmodelisidentifiedbyMatlabsystemidentificationtoolbox．Next，PIcontrolalgorithmisdesignedinresponsetocontroltargetandcryocoolertransferfunction，andthencontrolimpactanalysisisdonewithvariablecontrolalgorithmparameters．Finally，controlalgorithmisdig

6、italizedtobeusedinmicrocontroller．Experimentalverificationprovesthecorrectionofsystemidentificationresultandthefeasibilityofcryocoolercontrolalgorithmdesignbasedonsystemidentification．Deeplycontrolalgorithmresearchshallbedonetoimprovedebugefficiencyandcontroleffect．Keywordscryocooler；ste

7、presponse；systemidentification；controlalgorithm；infraredremotesensing收稿日期：2015．08．1l基金项目：国家重大科技专项工程第1期金占雷等：基于辨识的低温制冷系统控制率设计方法490引言红外遥感具有全天候工作的优点，在海洋、气象、地球资源、军事等方面都得到了广泛应用【卜41。空间用红外探测器材料在室温附近会产生固有热激发，导致大的暗电流和噪声，为了抑制探测器噪声，获得高信噪比，通常采用空间制冷机提供稳定的低温工作环境[5。7]。制冷机是一个包含电磁、机械、动力学的复