微型机械制冷机污染机理及控制技术

有效的污染控制是影响微型机械制冷机长寿命运行的关键因素．本文首先分类阐述了机械制冷机内各污染源的产生,然后用直接模拟蒙特卡罗方法与传质扩散方程对制冷机内部管道污染气体的传输扩散进行仿真建模,最后分析了污染气体在蓄冷器的凝结吸附以及其它因素对制冷机性能的影响,并介绍了机械制冷机的污染控制技术以及寿命预测。     

污染对斯特林制冷机性能影响的实验研究

向斯特林制冷机内在线、连续地添加污染杂质进行污染加速试验,得到了不同污染对制冷机性能影响的量化规律.结果表明,随着污染量的增加,制冷能力首先稍微增强,然后出现衰减.水蒸气、酒精、丙酮分别在74 mg、31 mg、114 mg使制冷性能产生约40%的衰减.此外,加入污染后降温速率变慢.从换热、流阻角度对结果进行了分析.实验结论有助于斯特林制冷机的可靠性考核和寿命预测.     

机械制冷机温控的系统仿真与分析

对机械制冷机温度控制系统分别从驱动控制电路、制冷机压缩机、制冷机冷指及冷平台杜瓦组件的特性进行了研究,揭示输入电压与输出温度之间的传递函数的物理特性关系。基于Simplorer软件搭建机械制冷机的系统级温控仿真平台,通过该平台可实时反映控制系统中不同物理量的变化情况,并将仿真结果与实验结果进行对比,验证了该仿真模型的可行性。通过该仿真平台,分析了热负载变化、环境温度变化和测温信号噪声对机械制冷机温控系统的影响。     

红外用机械制冷机驱动电路的共模干扰机理

机械制冷机是提供红外载荷工作所需低温环境的主要设备,其驱动系统的传导干扰是影响红外载荷精度的重要因素。传导干扰中的共模干扰具有较高的分析难度,为研究其机理,以某红外用机械制冷机及驱动系统为研究对象,使用一种新型多物理域联合仿真的方法对共模干扰机理进行定量分析,并通过实验测试验证了仿真模型的准确性。最终对其干扰路径及干扰源特性进行了分析,并总结出共模干扰机理。结果表明:测试频段内制冷机的寄生参数是影响共模干扰通路的最主要因素,但随频率增加,输入输出电缆的寄生参数对干扰通路的影响逐渐增大,同时,干扰机理显示:系统产生的共模干扰最可能导致CE102标准在频段500 kHz~1 MHz干扰超限。     

红外制冷机驱动系统的电磁干扰滤波器设计与仿真

完成了红外制冷机驱动系统滤波器的设计与仿真。针对系统关键器件的特性,采用合理算法建立精确的联合仿真模型。并借助联合仿真模型提取分析了系统的干扰机理。基于阻抗失配理论分析了不同滤波器拓扑的插入损耗与源和负载阻抗间的关系。最终提出了一套基于干扰机理的传导干扰滤波器设计及优化方法,该方法有效地优化了滤波器的性能,并降低了设计冗余。通过实验验证了该方法的准确性与可行性。     

蒙特卡罗法用于机械制冷机污染传输特性的仿真计算

为了优化结构设计和建立标准的污染控制体系来提高机械制冷机的运行寿命,需要深入研究污染气体在制冷机管道内的传输机理。采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法对污染气体的传质过程进行理论仿真,设计编写软件程序,计算了分子流状态下制冷机内污染气体分子通过圆管和环形管路等微通道的传输几率。得到关键管道的传输几率小于3%,并比较了不同结构尺寸管路的传输几率。     

一种基于空间光机热模型的自适应PID控制方法

为提高空间相机的控温稳定度以保证成像质量,本文提出一种基于空间光机热模型的自适应比例积分微分（proportional-integral-derivative, PID）控制方法。该控制器的设计从空间光机的热平衡方程出发,能够实时根据光机及与其辐射换热对象的温度修正光机的热模型,继而采用极点配置的方法实时校正PID控制器参数,最终确定本控温周期的加热占空比。本文通过建立抽象的空间光机热模型,分别施加上述自适应PID控制方法与固定参数PID控制方法,对控温效果进行了仿真及实验对比。结果表明,对环境扰动引起的温度波动,该自适应PID控制器始终保持最佳动态响应,控温稳定度优于± 0.1 K,具有更好的控温稳定性和环境适应性。     

红外用制冷机高阶驱动下的优化驱动方法设计

高阶主动振动抑制技术已逐渐应用于针对空间红外用机械制冷机的多阶次振动,用以提升制冷机的工作寿命和红外载荷的工作性能。在对机械制冷机采用高阶次工作频率驱动时会产生很严重的谐波失真,从而影响对于高阶次振动的主动抑制效果。通过分析驱动电路的工作机理和负载的高频特性,针对性地提出了利用控制续流通路用于改善高阶驱动时谐波失真的方法,根据所需续流通路给出了相应的实现方法。并针对其中一种续流方法,通过仿真与实验验证了该方法可以有效地抑制波形畸变,使其各高阶次谐波失真下降了75%以上。     

机械制冷机用直线电机驱动电路的谐波特性研究

对机械制冷机用直线电机驱动电路的谐波特性进行了研究。选择一台150 W的直线电机作为研究对象,通过理论仿真和实验验证进行了输出电压的谐波分析,探究了滤波器设计对驱动电路谐波特性的影响。通过研究滤波器电感L和电容C的变化与输出谐波的关系对滤波器进行了优化。经过优化的滤波器在性能上得到了很大的提升,输出驱动的谐波总畸变率(Total Harmonic Distortion, THD)从4%降到了1.96%。