專利名稱：一種自由活塞式斯特林制冷機(jī)溫度控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及溫度控制領(lǐng)域，尤其是一種自由活塞式斯特林制冷機(jī)溫度控制器。
背景技術(shù)：
自由活塞式斯特林制冷機(jī)的制冷過(guò)程是非線性的，制冷機(jī)的溫度控制傳遞函數(shù)隨制冷機(jī)工作溫度點(diǎn)的變化而非線性變化，采用傳統(tǒng)的PID方式已經(jīng)無(wú)法獲得精確的溫度控制效果。此外，由于斯特林制冷機(jī)在降溫過(guò)程中，工作流體的黏滯度隨著溫度降低會(huì)增大，導(dǎo)致活塞所受阻力變大；然而在制冷機(jī)啟動(dòng)時(shí)溫差一般會(huì)很大，由于控制系統(tǒng)是負(fù)反饋的控制系統(tǒng)，此時(shí)會(huì)輸出最大的輸出功率，但在較高的溫度時(shí)活塞所受的阻力是較小的，這樣就會(huì)導(dǎo)致活塞的行程超過(guò)安全值，導(dǎo)致撞缸。因此，為了保證斯特林制冷機(jī)的高效、安全運(yùn)行，必須設(shè)計(jì)一種溫度控制器，使其既有寬工作溫區(qū)，又能夠防止活塞在降溫過(guò)程中撞缸。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種溫度控制穩(wěn)定性強(qiáng)、能夠避免出現(xiàn)撞缸現(xiàn)象的自由活塞式斯特林制冷機(jī)溫度控制器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:一種自由活塞式斯特林制冷機(jī)溫度控制器，包括用于采集制冷機(jī)冷頭溫度的溫度采集模塊，其輸出端與用于對(duì)溫度進(jìn)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(qū)動(dòng)模塊的輸入端相連，功率驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端與制冷機(jī)的電機(jī)相連。所述的溫度采集模塊由用于采集制冷機(jī)冷頭溫度的溫度采集電路和A/D轉(zhuǎn)換電路組成，溫度采集電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端通過(guò)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(jī)為直線電機(jī)。所述的分段多模型PID溫度控制模塊的輸入端接收溫度設(shè)定值
TSF。由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)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(fù)載工況下切換采用不同參數(shù)的PID控制器，改善了控制器在變負(fù)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(dòng)和降溫過(guò)程中出現(xiàn)活塞撞缸的現(xiàn)象。

[0010]圖1為本實(shí)用新型的電路框圖。
具體實(shí)施方式
一種自由活塞式斯特林制冷機(jī)溫度控制器，包括用于采集制冷機(jī)冷頭7溫度的溫度采集模塊1，其輸出端與用于對(duì)溫度進(jìn)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(qū)動(dòng)模塊3的輸入端相連，功率驅(qū)動(dòng)模塊3的輸出端與制冷機(jī)的電機(jī)相連。所述的電機(jī)為直線電機(jī)6。如圖1所示。如圖1所示，所述的溫度采集模塊I由用于采集制冷機(jī)冷頭7溫度的溫度采集電路和A/D轉(zhuǎn)換電路組成，溫度采集電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端通過(guò)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I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(shè)定值I5r。以下結(jié)合圖1對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。溫度采集電路通過(guò)溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)送給A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)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(jī)降溫過(guò)程是非線性的，但是從控制的要求來(lái)看，在某一較短的溫區(qū)范圍內(nèi)，該過(guò)程可以近似為線性過(guò)程。因此分段多模型PID溫度控制模塊4將該過(guò)程分段線性化，針對(duì)每段溫區(qū)進(jìn)行線性化，并建立傳遞函數(shù)模型，設(shè)計(jì)和整定PID參數(shù)，根據(jù)溫度設(shè)定值選取不同的PID控制參數(shù)計(jì)算出功率值。也就是說(shuō)，分段多模型PID溫度控制模塊4獲得冷頭7的實(shí)時(shí)溫度后，
根據(jù)溫度設(shè)定值^1..，計(jì)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(jù)冷頭7的溫度計(jì)算制冷機(jī)加載功率上限，并與分段多模型PID溫度控制模塊4計(jì)算出的功率大小比較，得到合理功率大小，輸出其PWM波形調(diào)制因數(shù)，DSP處理器I再根據(jù)調(diào)制因數(shù)調(diào)制輸出PWM調(diào)制方波到功率驅(qū)動(dòng)模塊3，通過(guò)控制其四個(gè)功率管的開合，輸出雙極性PWM調(diào)制波驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)的直線電機(jī)6工作。綜上所述，本實(shí)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(fù)載工況下切換采用不同參數(shù)的PID控制器，改善了控制器在變負(fù)載工況下的溫度控制效果； 同時(shí)，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(dòng)和降溫過(guò)程中出現(xiàn)活塞撞缸的現(xiàn)象。
權(quán)利要求1.一種自由活塞式斯特林制冷機(jī)溫度控制器，其特征在于:包括用于采集制冷機(jī)冷頭(7)溫度的溫度采集模塊(1)，其輸出端與用于對(duì)溫度進(jìn)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(qū)動(dòng)模塊(3)的輸入端相連，功率驅(qū)動(dòng)模塊(3)的輸出端與制冷機(jī)的電機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由活塞式斯特林制冷機(jī)溫度控制器，其特征在于:所述的溫度采集模塊(I)由用于采集制冷機(jī)冷頭(7 )溫度的溫度采集電路和A/D轉(zhuǎn)換電路組成，溫度采集電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端通過(guò)SPI總線與DSP處理器(2)的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由活塞式斯特林制冷機(jī)溫度控制器，其特征在于: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(I)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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由活塞式斯特林制冷機(jī)溫度控制器，其特征在于:所述的電機(jī)為直線電機(jī)(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自由活塞式斯特林制冷機(jī)溫度控制器，其特征在于: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(shè)定值T。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種自由活塞式斯特林制冷機(jī)溫度控制器，包括用于采集制冷機(jī)冷頭溫度的溫度采集模塊，其輸出端與用于對(duì)溫度進(jìn)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(qū)動(dòng)模塊的輸入端相連，功率驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端與制冷機(jī)的電機(jī)相連。本實(shí)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(fù)載工況下切換采用不同參數(shù)的PID控制器，改善了控制器在變負(fù)載工況下的溫度控制效果，溫度控制精度高；DSP處理器中建立了冷頭溫度和功率加載上限的模型，避免了啟動(dòng)和降溫過(guò)程中出現(xiàn)的活塞撞缸現(xiàn)象。
文檔編號(hào)F25B49/02GK203068893SQ201220734600
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者李令言, 楊玉玲, 左濤, 周皖生, 陸勤龍, 賓峰, 劉洋, 陳新民 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十六研究所