一种自由活塞式斯特林制冷机温度控制器制造技术

技术编号:8948445 阅读:228 留言:0更新日期:2013-07-21 19:36
本实用新型专利技术涉及一种自由活塞式斯特林制冷机温度控制器,包括用于采集制冷机冷头温度的温度采集模块,其输出端与用于对温度进行线性控制、输出加载功率的DSP处理器的输入端相连,DSP处理器的输出端与功率驱动模块的输入端相连,功率驱动模块的输出端与制冷机的电机相连。本实用新型专利技术中的DSP处理器采用分段多模型PID控制算法,不同的负载工况下切换采用不同参数的PID控制器,改善了控制器在变负载工况下的温度控制效果,温度控制精度高;DSP处理器中建立了冷头温度和功率加载上限的模型,避免了启动和降温过程中出现的活塞撞缸现象。(*该技术在2022年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及温度控制领域,尤其是一种自由活塞式斯特林制冷机温度控制器
技术介绍
自由活塞式斯特林制冷机的制冷过程是非线性的,制冷机的温度控制传递函数随制冷机工作温度点的变化而非线性变化,采用传统的PID方式已经无法获得精确的温度控制效果。此外,由于斯特林制冷机在降温过程中,工作流体的黏滞度随着温度降低会增大,导致活塞所受阻力变大;然而在制冷机启动时温差一般会很大,由于控制系统是负反馈的控制系统,此时会输出最大的输出功率,但在较高的温度时活塞所受的阻力是较小的,这样就会导致活塞的行程超过安全值,导致撞缸。因此,为了保证斯特林制冷机的高效、安全运行,必须设计一种温度控制器,使其既有宽工作温区,又能够防止活塞在降温过程中撞缸。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种温度控制稳定性强、能够避免出现撞缸现象的自由活塞式斯特林制冷机温度控制器。为实现上述目的,本技术采用了以下技术方案:一种自由活塞式斯特林制冷机温度控制器,包括用于采集制冷机冷头温度的温度采集模块,其输出端与用于对温度进行线性控制、输出加载功率的DSP处理器的输入端相连,DSP处理器的输出端与功率驱动模块的输入端相连,功率驱动模块的输出端与制冷机的电机相连。所述的温度采集模块由用于采集制冷机冷头温度的温度采集电路和A/D转换电路组成,温度采集电路的输出端与A/D转换电路的输入端相连,A/D转换电路的输出端通过SPI总线与DSP处理器的输入端相连。所述的DSP处理器由分段多模型PID温度控制模块和功率加载逻辑模块组成,所述的温度采集模块的输出端分别与分段多模型PID温度控制模块和功率加载逻辑模块的输入端相连。所述的电机为直线电机。所述的分段多模型PID温度控制模块的输入端接收温度设定值TSF。由上述技术方案可知,本技术中的DSP处理器采用分段多模型PID控制算法,不同的负载工况下切换采用不同参数的PID控制器,改善了控制器在变负载工况下的温度控制效果,温度控制精度高;DSP处理器建立了冷头温度和功率加载上限的模型,避免在启动和降温过程中出现活塞撞缸的现象。附图说明图1为本技术的电路框图。具体实施方式一种自由活塞式斯特林制冷机温度控制器,包括用于采集制冷机冷头7温度的温度采集模块1,其输出端与用于对温度进行线性控制、输出加载功率的DSP处理器2的输入端相连,DSP处理器2的输出端与功率驱动模块3的输入端相连,功率驱动模块3的输出端与制冷机的电机相连。所述的电机为直线电机6。如图1所示。如图1所示,所述的温度采集模块I由用于采集制冷机冷头7温度的温度采集电路和A/D转换电路组成,温度采集电路的输出端与A/D转换电路的输入端相连,A/D转换电路的输出端通过SPI总线与DSP处理器2的输入端相连。所述的DSP处理器2由分段多模型PID温度控制模块4和功率加载逻辑模块5组成,所述的温度采集模块I的输出端分别与分段多模型PID温度控制模块4和功率加载逻辑模块5的输入端相连。所述的分段多模型PID温度控制模块4的输入端接收温度设定值I5r。以下结合图1对本技术作进一步的说明。温度采集电路通过温度传感器将温度信号转换为模拟电压信号送给A/D转换器,A/D转换器将模拟电压信号转换为数字信号,然后通过SPI总线接口送给分段多模型PID温度控制模块4和功率加载逻辑模块5。分段多模型PID温度控制模块4采用分段多模型PID的控制方式,由于制冷机降温过程是非线性的,但是从控制的要求来看,在某一较短的温区范围内,该过程可以近似为线性过程。因此分段多模型PID温度控制模块4将该过程分段线性化,针对每段温区进行线性化,并建立传递函数模型,设计和整定PID参数,根据温度设定值选取不同的PID控制参数计算出功率值。也就是说,分段多模型PID温度控制模块4获得冷头7的实时温度后,根据温度设定值^1..,计算出功率大小。功率加载逻辑模块5建立了加载功率上限和冷头7温度的模型,其根据冷头7的温度计算制冷机加载功率上限,并与分段多模型PID温度控制模块4计算出的功率大小比较,得到合理功率大小,输出其PWM波形调制因数,DSP处理器I再根据调制因数调制输出PWM调制方波到功率驱动模块3,通过控制其四个功率管的开合,输出双极性PWM调制波驱动制冷机的直线电机6工作。综上所述,本技术中的分段多模型PID温度控制模块4采用分段多模型PID控制算法,不同的负载工况下切换采用不同参数的PID控制器,改善了控制器在变负载工况下的温度控制效果; 同时,功率加载逻辑模块5建立了冷头7温度和功率加载上限的模型,避免在启动和降温过程中出现活塞撞缸的现象。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自由活塞式斯特林制冷机温度控制器,其特征在于:包括用于采集制冷机冷头(7)温度的温度采集模块(1),其输出端与用于对温度进行线性控制、输出加载功率的DSP处理器(2)的输入端相连,DSP处理器(2)的输出端与功率驱动模块(3)的输入端相连,功率驱动模块(3)的输出端与制冷机的电机相连。

【技术特征摘要】
1.一种自由活塞式斯特林制冷机温度控制器,其特征在于:包括用于采集制冷机冷头(7)温度的温度采集模块(1),其输出端与用于对温度进行线性控制、输出加载功率的DSP处理器(2)的输入端相连,DSP处理器(2)的输出端与功率驱动模块(3)的输入端相连,功率驱动模块(3)的输出端与制冷机的电机相连。2.根据权利要求1所述的自由活塞式斯特林制冷机温度控制器,其特征在于:所述的温度采集模块(I)由用于采集制冷机冷头(7 )温度的温度采集电路和A/D转换电路组成,温度采集电路的输出端与A/D转换电路的输入端相连,A/D转换电路的输出端通过SPI总...

【专利技术属性】
技术研发人员:李令言杨玉玲左涛周皖生陆勤龙宾峰刘洋陈新民
申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第十六研究所
类型:实用新型
国别省市:

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