[實用新型]一種自由活塞式斯特林制冷機溫度控制器

有效

• 申請號: 201220734600.7
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN203068893U
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 李令言;楊玉玲;左濤;周皖生;陸勤龍;賓峰;劉洋;陳新民
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十六研究所
• 主分類號: F25B49/02
• 分類號: F25B49/02
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 奚華保;吳娜

技術領域

本實用新型涉及溫度控制領域，尤其是一種自由活塞式斯特林制冷機溫度控制器。

背景技術

自由活塞式斯特林制冷機的制冷過程是非線性的，制冷機的溫度控制傳遞函數隨制冷機工作溫度點的變化而非線性變化，采用傳統的PID方式已經無法獲得精確的溫度控制效果。此外，由于斯特林制冷機在降溫過程中，工作流體的黏滯度隨著溫度降低會增大，導致活塞所受阻力變大；然而在制冷機啟動時溫差一般會很大，由于控制系統是負反饋的控制系統，此時會輸出最大的輸出功率，但在較高的溫度時活塞所受的阻力是較小的，這樣就會導致活塞的行程超過安全值，導致撞缸。因此，為了保證斯特林制冷機的高效、安全運行，必須設計一種溫度控制器，使其既有寬工作溫區，又能夠防止活塞在降溫過程中撞缸。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種溫度控制穩定性強、能夠避免出現撞缸現象的自由活塞式斯特林制冷機溫度控制器。

為實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：一種自由活塞式斯特林制冷機溫度控制器，包括用于采集制冷機冷頭溫度的溫度采集模塊，其輸出端與用于對溫度進行線性控制、輸出加載功率的DSP處理器的輸入端相連，DSP處理器的輸出端與功率驅動模塊的輸入端相連，功率驅動模塊的輸出端與制冷機的電機相連。

所述的溫度采集模塊由用于采集制冷機冷頭溫度的溫度采集電路和A/D轉換電路組成，溫度采集電路的輸出端與A/D轉換電路的輸入端相連，A/D轉換電路的輸出端通過SPI總線與DSP處理器的輸入端相連。

所述的DSP處理器由分段多模型PID溫度控制模塊和功率加載邏輯模塊組成，所述的溫度采集模塊的輸出端分別與分段多模型PID溫度控制模塊和功率加載邏輯模塊的輸入端相連。

所述的電機為直線電機。

所述的分段多模型PID溫度控制模塊的輸入端接收溫度設定值????????????????????????????????????????????????。

由上述技術方案可知，本實用新型中的DSP處理器采用分段多模型PID控制算法，不同的負載工況下切換采用不同參數的PID控制器，改善了控制器在變負載工況下的溫度控制效果，溫度控制精度高；DSP處理器建立了冷頭溫度和功率加載上限的模型，避免在啟動和降溫過程中出現活塞撞缸的現象。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路框圖。

具體實施方式

一種自由活塞式斯特林制冷機溫度控制器，包括用于采集制冷機冷頭7溫度的溫度采集模塊1，其輸出端與用于對溫度進行線性控制、輸出加載功率的DSP處理器2的輸入端相連，DSP處理器2的輸出端與功率驅動模塊3的輸入端相連，功率驅動模塊3的輸出端與制冷機的電機相連。所述的電機為直線電機6。如圖1所示。

如圖1所示，所述的溫度采集模塊1由用于采集制冷機冷頭7溫度的溫度采集電路和A/D轉換電路組成，溫度采集電路的輸出端與A/D轉換電路的輸入端相連，A/D轉換電路的輸出端通過SPI總線與DSP處理器2的輸入端相連。所述的DSP處理器2由分段多模型PID溫度控制模塊4和功率加載邏輯模塊5組成，所述的溫度采集模塊1的輸出端分別與分段多模型PID溫度控制模塊4和功率加載邏輯模塊5的輸入端相連。所述的分段多模型PID溫度控制模塊4的輸入端接收溫度設定值。

以下結合圖1對本實用新型作進一步的說明。

溫度采集電路通過溫度傳感器將溫度信號轉換為模擬電壓信號送給A/D轉換器，A/D轉換器將模擬電壓信號轉換為數字信號，然后通過SPI總線接口送給分段多模型PID溫度控制模塊4和功率加載邏輯模塊5。

分段多模型PID溫度控制模塊4采用分段多模型PID的控制方式，由于制冷機降溫過程是非線性的，但是從控制的要求來看，在某一較短的溫區范圍內，該過程可以近似為線性過程。因此分段多模型PID溫度控制模塊4將該過程分段線性化，針對每段溫區進行線性化，并建立傳遞函數模型，設計和整定PID參數，根據溫度設定值選取不同的PID控制參數計算出功率值。也就是說，分段多模型PID溫度控制模塊4獲得冷頭7的實時溫度后，根據溫度設定值，計算出功率大小。

功率加載邏輯模塊5建立了加載功率上限和冷頭7溫度的模型，其根據冷頭7的溫度計算制冷機加載功率上限，并與分段多模型PID溫度控制模塊4計算出的功率大小比較，得到合理功率大小，輸出其PWM波形調制因數，DSP處理器1再根據調制因數調制輸出PWM調制方波到功率驅動模塊3，通過控制其四個功率管的開合，輸出雙極性PWM調制波驅動制冷機的直線電機6工作。

綜上所述，本實用新型中的分段多模型PID溫度控制模塊4采用分段多模型PID控制算法，不同的負載工況下切換采用不同參數的PID控制器，改善了控制器在變負載工況下的溫度控制效果；同時，功率加載邏輯模塊5建立了冷頭7溫度和功率加載上限的模型，避免在啟動和降溫過程中出現活塞撞缸的現象。