CN111795720A - 一种斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及斯特林发动机控制技术领域，本发明提供了一种斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统及控制方法，其控制方法包括：通过按键模块输入动作指令至控制器以控制斯特林制冷机执行对应动作；通过传感器模块采集斯特林制冷机执行对应动作时的参数，所述参数包括转速和冷端温度；通过控制器接收所述传感器模块实时采集的斯特林制冷机的参数，基于参数控制以指示模块显示对应动作的状态；通过所述指示模块以不同的工作状态显示对应动作的状态，工作状态包括以不同的频率闪烁、长亮和熄灭。能够针对不同的测试需求，实现广泛工况范围的操作与显示，从而实现斯特林制冷机在试验台架上工况挡位精准操作与显示，以实现稳定持续的试验工作。

Description

一种斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及斯特林发动机控制技术领域，尤指一种斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统及控制方法。

背景技术

斯特林制冷机在试验台架进行性能验证试验时，实现工况挡位准确操作与显示是进行斯特林制冷机台架性能试验的必要条件。

现有技术中，在进行斯特林制冷机台架性能试验时，一般要求进行数千小时的连续运行，在长时间、周期性的重复相同的动作后，容易使试验工作人员疲劳，进而导致对斯特林制冷机工况挡位确定结果的出错率增加的问题。同时在试验台架，需要测量斯特林制冷机众多的功能参数以评价斯特林制冷机的性能状态，因此针对不同的测试需求，传统技术缺乏精准、稳定的试验工作。

发明内容

本发明的目的是提供斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统及控制方法，能够针对不同的测试需求，实现广泛工况范围的操作与显示，从而实现特林制冷机在试验台架上工况挡位的精准操作与显示、以及稳定持续的试验工作。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统，包括：

按键模块，与控制器连接，用于输入动作指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行对应的动作。

传感器模块，与所述控制器连接，用于在所述斯特林制冷机执行对应动作时，采集所述斯特林制冷机的参数，所述参数包括转速和冷端温度。

所述控制器，用于接收所述传感器模块实时采集的所述斯特林制冷机的参数，基于所述参数以控制指示模块显示对应动作的状态。

所述指示模块，与所述控制器连接，用于以不同的工作状态显示对应动作的状态，所述工作状态包括以不同的频率闪烁、长亮和熄灭。

进一步优选的，所述按键模块包括：

增工况按键，用于通过所述增工况按键单次输入的增工况指令控制所述斯特林制冷机执行增工况动作或通过所述增工况按键连续输入的突增工况指令控制所述斯特林制冷机执行突增工况动作。

降工况按键，用于通过所述降工况按键单次输入的降工况指令控制所述斯特林制冷机执行降工况动作或通过所述降工况按键连续输入的突降工况指令控制所述斯特林制冷机执行突降工况动作。

起动工况按键，用于通过所述起动工况按键输入的起动工况指令控制所述斯特林制冷机执行起动工况动作。

停车工况按键，用于通过所述停车工况按键输入的停车工况指令控制所述斯特林制冷机执行停车工况动作。

进一步优选的，所述控制器还用于：

基于所述斯特林制冷机的参数，确定所述斯特林制冷机执行对应动作的状态。

基于所述斯特林制冷机执行对应动作的状态以控制所述指示模块显示对应的工作状态。

本发明还提供一种基于所述斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的控制方法，包括步骤：

通过所述按键模块输入动作指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行对应动作。

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行对应动作时的参数，所述参数包括转速和冷端温度。

通过所述控制器接收所述传感器模块实时采集的所述斯特林制冷机的参数，基于所述参数以控制所述指示模块显示对应动作的状态。

通过所述指示模块以不同的工作状态显示对应动作的状态，所述工作状态包括以不同的频率闪烁、长亮和熄灭。

进一步优选的，所述通过所述按键模块输入动作指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行对应动作，具体包括步骤：

通过所述按键模块中起动按键输入起动工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行起动工况动作。

通过所述按键模块中增工况按键单次输入增工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行增工况动作，单次增加所述斯特林制冷机的工况挡位。

通过所述按键模块中增工况按键连续输入突增工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行突增工况动作，突增所述斯特林制冷机的工况挡位。

通过所述按键模块中降工况按键单次输入降工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行降工况动作，单次降低所述斯特林制冷机的工况挡位。

通过所述按键模块中降工况按键连续输入突降工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行突降工况动作，突降所述斯特林制冷机的工况挡位。

通过所述按键模块中停车工况按键连续输入停车工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行停车工况动作。

进一步优选的，所述通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行对应动作时的参数，具体包括步骤：

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述起动工况动作时的转速和冷端温度。

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述增工况动作时的转速。

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述突增工况动作时的转速。

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述降工况动作时的转速。

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述突降工况动作时的转速。

进一步优选的，所述基于所述参数以控制所述指示模块显示对应动作的状态，具体包括步骤：

基于所述斯特林制冷机的参数，确定所述斯特林制冷机执行对应动作的状态；所述执行对应动作的状态包括开始执行动作和完成动作。

基于所述斯特林制冷机执行对应动作的状态以控制所述指示模块显示对应的工作状态。

进一步优选的，所述通过所述指示模块以不同的工作状态显示对应动作的状态，具体包括步骤：

当所述斯特林制冷机开始执行所述起动工况动作时，通过所述指示模块中与所述增加的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁。

当所述斯特林制冷机开始执行所述增工况动作时，通过所述指示模块中与所述增加的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁，所述指示模块中与原始工况挡位对应的指示灯长亮。

当所述斯特林制冷机开始执行所述突增工况动作时，所述指示模块中与所述突增的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁，所述指示模块中与原始工况挡位对应的指示灯长亮。

当所述斯特林制冷机开始执行所述降工况动作时，所述指示模块中与所述降低的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁，所述指示模块中与原始工况挡位对应的指示灯长亮。

当所述斯特林制冷机开始执行所述突降工况动作时，所述指示模块中与所述突降的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁，所述指示模块中与原始工况挡位对应的指示灯长亮。

进一步优选的，所述基于所述斯特林制冷机的参数，确定所述斯特林制冷机执行对应动作的状态，包括步骤：

当所述斯特林制冷机的转速达到起动转速和冷端温度达到起动温度时，确定所述斯特林制冷机完成所述起动工况动作。

当所述斯特林制冷机的转速达到所述增加的工况挡位转速时，确定所述斯特林制冷机完成所述增工况动作。

当所述斯特林制冷机的转速达到所述突增的工况挡位转速时，确定所述斯特林制冷机完成所述突增工况动作。

当所述斯特林制冷机的转速达到所述降低的工况挡位转速时，确定所述斯特林制冷机完成所述降工况动作。

当所述斯特林制冷机的转速达到所述突降的工况挡位转速时，确定所述斯特林制冷机完成所述突降工况动作。

当所述斯特林制冷机的转速为零时，确定所述斯特林制冷机完成所述停车工况动作。

进一步优选的，所述通过所述指示模块以不同的工作状态显示对应动作的状态，具体还包括步骤：

当所述斯特林制冷机完成所述增工况动作时，所述指示模块中与增加的所述工况挡位对应的指示灯长亮。

当所述斯特林制冷机完成所述突增工况动作时，所述指示模块中与所述突增的工况挡位对应的指示灯长亮。

当所述斯特林制冷机完成所述降工况动作时，所述指示模块中与所述降低的工况挡位对应的指示灯熄灭。

当所述斯特林制冷机完成所述突降工况动作时，所述指示模块中与所述突降的工况挡位对应的指示灯熄灭。

当所述斯特林制冷机完成所述停车工况动作时，所述指示模块的指示灯熄灭。

本发明提供的一种斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统及控制方法，至少具有以下有益效果：

1)本发明提供一种斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统及控制方法，能够实现斯特林制冷机试验台架工况挡位精准操作与显示，保证台架试验的稳定性和持续性。

2)在试验台架，通过引入转速和冷端温度的监测实现对斯特林制冷机工况挡位操作与显示的精准控制以及稳定，并基于此，设计了起动工况、S1、S2、 S3、S4、S5工况挡位，依据试验台架的试验目标，设计了增工况、降工况、突增工况、突降工况和停车工况等5种工况挡位操作与显示控制方法。

3)本发明设计的工况挡位操作与显示系统，按键功能操作简单，通过指示灯的变化，可以快速确定斯特林制冷机的工况挡位状态，有利于提高台架试验工作人员的观测效率，降低试验工作人员的疲劳度，降低对斯特林制冷机工况挡位确定结果的出错率增加的问题。

4)在常规以功率或温度进行工况分挡的测试中，很可能出现功率或温度参数达不到设定值而无法进行该工况参数测试的状态，通过以转速进行工况分挡则可以避免该现象的出现，保证台架试验的稳定性和持续性。

5)本发明根据斯特林制冷机在试验台架的工作特点，将操作过程分为几个工作状态，设计了各个工作状态之间的跳转条件和相应控制策略，从而方便了斯特林制冷机相关性能参数的测量工作，保证台架试验的稳定性和持续性。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本方案的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明中一种斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明中一种基于所述斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的控制方法的流程示意图；

图3是本发明中一种斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的另一个实施例的结构示意图；

图4是本发明中一种基于所述斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的控制方法的另一个实施例的流程示意图；

图5是本发明中起动工况控制的流程示意图；

图6是本发明中增工况控制的流程示意图；

图7是本发明中降工况控制的流程示意图；

图8是本发明中突增工况控制的流程示意图；

图9是本发明中突降工况控制的流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

如图1所示，本发明提供一种斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的一个实施例，包括：

按键模块102，与控制器101连接，用于输入动作指令至所述控制器101 以控制所述斯特林制冷机执行对应的动作。

传感器模块103，与所述控制器101连接，用于在所述斯特林制冷机执行对应动作时，采集所述斯特林制冷机的参数，所述参数包括转速和冷端温度。

所述控制器101，用于接收所述传感器模块103实时采集的所述斯特林制冷机的参数，基于所述参数以控制指示模块104显示对应动作的状态。

所述指示模块104，与所述控制器101连接，用于以不同的工作状态显示对应动作的状态，所述工作状态包括以不同的频率闪烁、长亮和熄灭。

在上述技术方案中，通过设置指示灯长亮组合和闪烁表示工况之间的转换过程，有利于台架试验工作人员的观测，降低试验工作人员的疲劳度，降低对斯特林制冷机工况挡位确定结果的出错率增加的问题。

本实施例中，针对斯特林制冷机在试验台架的工作特点，将工作过程分为几个工作状态，设定了工作状态之间的转换条件，制定了控制策略，实现了台架试验的稳定性和持续性。本发明的控制系统，按键模块的操作简单，同时通过指示模块中指示灯的变化，可以快速确定斯特林制冷机的工况挡位状态，降低试验工作人员的疲劳度，降低对斯特林制冷机工况挡位确定结果的出错率增加的问题。

进一步，所述按键模块102包括：

增工况按键，用于通过所述增工况按键单次输入的增工况指令控制所述斯特林制冷机执行增工况动作或通过所述增工况按键连续输入的突增工况指令控制所述斯特林制冷机执行突增工况动作。

降工况按键，用于通过所述降工况按键单次输入的降工况指令控制所述斯特林制冷机执行降工况动作或通过所述降工况按键连续输入的突降工况指令控制所述斯特林制冷机执行突降工况动作。

起动工况按键，用于通过所述起动工况按键输入的起动工况指令控制所述斯特林制冷机执行起动工况动作。

停车工况按键，用于通过所述停车工况按键输入的停车工况指令控制所述斯特林制冷机执行停车工况动作。

本实施例中提供了不同的按键，通过按键模块可以切换斯特林制冷机的工况挡位即切换斯特林制冷机的工作状态，操作简单。

进一步所述控制器101还用于：

基于所述斯特林制冷机的参数，确定所述斯特林制冷机执行对应动作的状态。

基于所述斯特林制冷机执行对应动作的状态以控制所述指示模块104显示对应的工作状态。

在常规以功率或温度进行工况分挡的测试中，很可能出现功率或温度参数达不到设定值而无法进行该工况参数测试的状态，在本实施例中，通过以转速进行工况分挡则可以避免该现象的出现，保证台架试验的稳定性和持续性。

如图2所示，本发明还提供一种基于所述斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的控制方法，包括步骤：

S210通过所述按键模块输入动作指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行对应动作。

本实施例中，针对斯特林制冷机在试验台架的工作特点，将工作过程分为几个工作状态，设定了工作状态之间的转换条件，制定了控制策略，通过按键模块控制斯特林制冷机工况挡位，实现了台架试验的稳定性和持续性。

S220通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行对应动作时的参数，所述参数包括转速和冷端温度。

本实施例中，电动机拖动斯特林制冷机进行制冷工作，其冷端温度反应了斯特林制冷机的性能，由于斯特林制冷机不一定能够达到设计目标值，而通过变频器可以控制电动机的转速。为了保证获得相关试验数据，通过传感器模块采集转速，以转速作为工况挡位分类的标准，在此条件下，测量斯特林制冷机的数据，通过比较斯特林制冷机的数据，进而分析、评判性能的高低。

S230通过所述控制器接收所述传感器模块实时采集的所述斯特林制冷机的参数，基于所述参数以控制所述指示模块显示对应动作的状态。

S240通过所述指示模块以不同的工作状态显示对应动作的状态，所述工作状态包括以不同的频率闪烁、长亮和熄灭。

本实施例中，可以通过指示灯的变化，快速确定斯特林制冷机的工况挡位状态，降低试验工作人员的疲劳度，降低对斯特林制冷机工况挡位确定结果的出错率增加的问题。

进一步优选的，所述通过所述按键模块输入动作指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行对应动作，具体包括步骤：

通过所述按键模块中起动按键输入起动工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行起动工况动作。

通过所述按键模块中增工况按键单次输入增工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行增工况动作，单次增加所述斯特林制冷机的工况挡位。

通过所述按键模块中增工况按键连续输入突增工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行突增工况动作，突增所述斯特林制冷机的工况挡位。

通过所述按键模块中降工况按键单次输入降工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行降工况动作，单次降低所述斯特林制冷机的工况挡位。

通过所述按键模块中降工况按键连续输入突降工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行突降工况动作，突降所述斯特林制冷机的工况挡位。

通过所述按键模块中停车工况按键连续输入停车工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行停车工况动作。

进一步优选的，所述通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行对应动作时的参数，具体包括步骤：

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述起动工况动作时的转速和冷端温度。

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述增工况动作时的转速。

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述突增工况动作时的转速。

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述降工况动作时的转速。

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述突降工况动作时的转速。

进一步优选的，所述基于所述参数以控制所述指示模块显示对应动作的状态，具体包括步骤：

基于所述斯特林制冷机的参数，确定所述斯特林制冷机执行对应动作的状态；所述执行对应动作的状态包括开始执行动作和完成动作。

基于所述斯特林制冷机执行对应动作的状态以控制所述指示模块显示对应的工作状态。

进一步优选的，所述通过所述指示模块以不同的工作状态显示对应动作的状态，具体包括步骤：

当所述斯特林制冷机开始执行所述起动工况动作时，通过所述指示模块中与所述增加的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁。

当所述斯特林制冷机开始执行所述增工况动作时，通过所述指示模块中与所述增加的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁，所述指示模块中与原始工况挡位对应的指示灯长亮。

当所述斯特林制冷机开始执行所述突增工况动作时，所述指示模块中与所述突增的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁，所述指示模块中与原始工况挡位对应的指示灯长亮。

当所述斯特林制冷机开始执行所述降工况动作时，所述指示模块中与所述降低的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁，所述指示模块中与原始工况挡位对应的指示灯长亮。

当所述斯特林制冷机开始执行所述突降工况动作时，所述指示模块中与所述突降的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁，所述指示模块中与原始工况挡位对应的指示灯长亮。

进一步优选的，所述基于所述斯特林制冷机的参数，确定所述斯特林制冷机执行对应动作的状态，包括步骤：

当所述斯特林制冷机的转速达到起动转速和冷端温度达到起动温度时，确定所述斯特林制冷机完成所述起动工况动作。

当所述斯特林制冷机的转速达到所述增加的工况挡位转速时，确定所述斯特林制冷机完成所述增工况动作。

当所述斯特林制冷机的转速达到所述突增的工况挡位转速时，确定所述斯特林制冷机完成所述突增工况动作。

当所述斯特林制冷机的转速达到所述降低的工况挡位转速时，确定所述斯特林制冷机完成所述降工况动作。

当所述斯特林制冷机的转速达到所述突降的工况挡位转速时，确定所述斯特林制冷机完成所述突降工况动作。

当所述斯特林制冷机的转速为零时，确定所述斯特林制冷机完成所述停车工况动作。

在本实施例中，采用转速作为工况挡位变化的划分标准，在试验台架，斯特林制冷机采用电动机驱动以进行制冷工作，其转速属于容易达到的控制量，而其制冷功率或制冷温度属于斯特林制冷机的性能参数，有可能因为斯特林制冷机的原因在台架试验中不易达到，以此为划分标准，有时候因制冷功率或制冷温度达不到设定工况挡位，就会产生台架试验无法持续进行的试验结果而导致试验失败。因此，采用转速作为工况挡位变化的划分标准，保证了台架试验的稳定性和持续性。

进一步优选的，所述通过所述指示模块以不同的工作状态显示对应动作的状态，具体还包括步骤：

当所述斯特林制冷机完成所述增工况动作时，所述指示模块中与增加的所述工况挡位对应的指示灯长亮。

当所述斯特林制冷机完成所述突增工况动作时，所述指示模块中与所述突增的工况挡位对应的指示灯长亮。

当所述斯特林制冷机完成所述降工况动作时，所述指示模块中与所述降低的工况挡位对应的指示灯熄灭。

当所述斯特林制冷机完成所述突降工况动作时，所述指示模块中与所述突降的工况挡位对应的指示灯熄灭。

当所述斯特林制冷机完成所述停车工况动作时，所述指示模块的指示灯熄灭。

如图3所示，本发明提供一种斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的另一个实施例，包括：

控制器101，所述按键模块可以包括K₁、K₂、K₃和K₄按键，所述传感器模块可以包括C₁传感器、C₂传感器，所述指示灯模块可以包括D₁、D₂、D₃、D₄和D₅指示灯。

进一步的，K₁、K₂、K₃和K₄按键，C₁传感器、C₂传感器，D₁、D₂、D₃、D₄和D₅指示灯分别与控制器101相连接。

控制器101用于计算斯特林制冷机冷端温度以及工质压力后，根据K₁、 K₂、K₃和K₄按键的动作指令，控制当前D₁、D₂、D₃、D₄和D₅指示灯的工作状态。

此外，C₁传感器用于获取斯特林制冷机的冷端温度并发送给所述控制器101；C₂传感器用于获取斯特林制冷机的转速并发送给所述控制器101。

具体的，K₁按键为增工况按键，K₁按键按一次表示工况增加一挡；K₂按键为降工况按键，K₂按键按一次表示工况降低一挡；K₃按键为起动按键， K₃按键按一次表示开始起动工况；K₄按键为停车按键，K₄按键按一次表示开始停车工况。

D₁、D₂、D₃、D₄和D₅指示灯接受所述控制器101的控制，进行熄灭、长亮或闪烁动作，其功能组合如下表所示。

显示状态	功能说明
		D<sub>1</sub>以f<sub>1</sub>闪烁	起动工况开始
D<sub>1</sub>以f<sub>2</sub>闪烁	S<sub>1</sub>挡工况开始
		D<sub>1</sub>长亮，温度T<sub>1</sub>	S<sub>1</sub>挡工况
D<sub>1</sub>、D<sub>2</sub>长亮	S<sub>2</sub>挡工况
		D<sub>1</sub>、D<sub>2</sub>、D<sub>3</sub>长亮	S<sub>3</sub>挡工况
D<sub>1</sub>、D<sub>2</sub>、D<sub>3</sub>、D<sub>4</sub>长亮	S<sub>4</sub>挡工况
		D<sub>1</sub>、D<sub>2</sub>、D<sub>3</sub>、D<sub>4</sub>、D<sub>5</sub>长亮	S<sub>5</sub>挡工况

在本实施例中，D_n指示灯闪烁，表示工况挡位正向S_n工况运动，当时属于增工况操作时，表示当前工况由S_n-1工况向S_n工况运动，降工况操作时，表示当前工况由S_n+1工况向S_n工况运动。当转速达到设定值时，D_n指示灯停止闪烁进入长亮状态，表示工况运动完成。

在本实施例中，采用转速作为工况挡位变化的划分标准，在试验台架，斯特林制冷机采用电动机驱动以进行制冷工作，其转速属于容易达到的控制量，而其制冷功率或制冷温度属于斯特林制冷机的性能参数，有可能因为斯特林制冷机的原因在台架试验中不易达到，以此为划分标准，有时候因制冷功率或制冷温度达不到设定工况挡位，就会产生台架试验无法持续进行的试验结果而导致试验失败。因此，采用转速作为工况挡位变化的划分标准保证台架试验的稳定性和持续性。

如图4所示，本发明提供基于所述斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的控制方法的另一个实施例，具体包括：

基于以上分析，本发明通过引入转速和冷端温度的监测，实现对斯特林制冷机工况挡位操作与显示的精准控制，设计了起动工况、S₁、S₂、 S₃、S₄、S₅工况挡位，依据试验台架的试验目标，设计了增工况、降工况、突增工况、突降工况和停车工况等5种工况挡位操作与显示控制方法。

如图5所示，起动工况控制目标是实现斯特林制冷机在试验台架的起动，按下K₃按键进行起动，在控制器控制下进入起动工况控制，D₁指示灯以频率f₁进行闪烁动作，工况控制完成的标志是转速N达到设定转速N₀，此时，D₁指示灯以频率f₂进行闪烁动作，表示起动工况完成，当冷端温度 T达到设定的温度T₁和设定转速N₁时，D₁指示灯进入长亮状态，表明当前为 S₁工况。

如图6所示，增工况控制目标是实现斯特林制冷机在试验台架的工况增加控制，按下K₁按键，在控制器控制下则当前的工况挡位的S_n工况将向 S_n+1工况运动，D_n+1指示灯以频率f₁进行闪烁动作，在控制器控制下转速达到设定值N_n+1时，D₁～D_n+1指示灯长亮，表示进入S_n+1工况，增工况运动控制完成。

如图7所示，降工况控制目标是实现斯特林制冷机在试验台架的工况降低控制，按下K₂按键，在控制器控制下则当前的工况挡位的S_n工况将向S_n-1工况运动，D_n-1指示灯以频率f₂进行闪烁动作，在控制器控制下转速达到设定值N_n-1时，D₁～D_n-1指示灯长亮，表示进入S_n-1工况，降工况运动控制完成。

如图8所示，突增工况控制目标是实现工况的连续递增控制，是指在 S₁工况下，从S₁工况连续运行到S₅工况，控制器检测到K₁按键连续下6次以上，转速N₁按照设定的N_th2变化率逐渐增加到N₅，此时，D₂指示灯开始闪烁， D₁指示灯长亮，当转速达到设定值N₂时，D₁～D₂指示灯长亮，D₃指示灯开始闪烁，当转速达到设定值N₃时，D₁～D₃指示灯长亮，D₄指示灯开始闪烁，当转速达到设定值N₄时，D₁～D₄指示灯长亮，D₅指示灯开始闪烁，最后运行在S₅工况下，D₁～D₅指示灯长亮，表示突增工况完成。

如图9所示，突降工况控制目标是实现工况的连续递减控制，是指在 S₅工况下，从S₁工况连续运行到S₁工况，控制器检测到K₂按键连续下6次以上，转速N₅按照设定的N_th1变化率逐渐降低到N₁，此时，D₅指示灯开始闪烁， D₁～D₄指示灯长亮，当转速达到设定值N₄时，D₅指示灯熄灭，D₄指示灯开始闪烁，D₁～D₃指示灯长亮，当转速达到设定值N₃时，D₄指示灯熄灭，D₃指示灯开始闪烁，D₁～D₂指示灯长亮，当转速达到设定值N₂时，D₃指示灯熄灭，D₂指示灯开始闪烁，D₁指示灯长亮，当转速达到设定值N₁时，D₂指示灯熄灭，D₁指示灯长亮，表示突降增工况完成。

停车工况的控制目标实现试验台架上的斯特林制冷机的停机控制，控制器检测到停车按键K₄有效后，执行停车工况操作。在当前S_n工况的基础上，执行与突降工况状态类似的操作过程，不同的是，在进行S₁工况时，转速N₁按照设定的N_th3变化率逐渐降低到0，D₁～D₅指示灯熄灭，表示停车工况完成。

示例性的，起动工况的转速N₁为80转/分；S₁工况转速N₁为180转/分； S₂工况转速N₂为280转/分；S₃工况转速N₃为380转/分；S₄工况转速N₄为480 转/分；S₅工况转速N₅为580转/分。

在S₁工况下，D₁指示灯长亮，此时，如果按下K₂按键无效，只能执行增工况或突增工况操作，控制器接收到K₁按键按下信息后，控制D₁指示灯开始以频率f₁＝10Hz进行闪烁动作，转速按照设定的N_th0＝8转/分变化率逐渐增加，当转速达到S₂工况转速N₂为280转/分时，D₁～D₂指示灯长亮，表示突增工况完成，当前工况挡位为S₂工况。

在S₄工况下，D₁、D₂、D₃、D₄指示灯长亮，此时，控制器接收到K₁按键按下信息后，控制D₅指示灯开始以频率f₁＝10Hz进行闪烁动作，转速按照设定的N_th0＝8转/分变化率逐渐增加，当转速达到S₅工况转速N₂为580转/分时，D₁～D₅指示灯长亮，表示增工况完成，当前工况挡位为S₅工况。

在S₄工况下，D₁、D₂、D₃、D₄指示灯长亮，此时，控制器接收到K₁按键按下信息后，控制D₄指示灯开始以频率f₂＝20Hz进行闪烁动作，当转速达到S₃工况转速N₂为380转/分时，D₁～D₃指示灯长亮，表示降工况完成，当前工况挡位为S₃工况。

在S₅工况下，D₁、D₂、D₃、D₄、D₅指示灯长亮，此时，如果按下K₁按键无效，只能执行降工况或突降工况操作，此时，控制器接收到K₂按键按下信息后，控制D₅指示灯开始以频率f₂＝20Hz进行闪烁动作，转速按照设定的N_th0＝8转/分变化率逐渐降低，当转速达到S₄工况转速N₄为480转/分时， D₁～D₄指示灯长亮，表示降工况完成，当前工况挡位为S₄工况。

在S₅工况下，D₁、D₂、D₃、D₄、D₅指示灯长亮，控制器接收到K₂按键连续6次按下信息后，进入工况突降模式控制，此时D₅指示灯开始闪烁，D₁～ D₄指示灯长亮；转速N₅按照设定的N_th1＝20转/分变化率逐渐降低，当转速达到480转/分时，进入S₄工况，D₄指示灯开始闪烁，D₁～D₃指示灯长亮；当转速达到380转/分时，进入S₃工况，D₃指示灯开始闪烁，D₁～D₂指示灯长亮；当转速达到280转/分时，进入S₂工况，D₂指示灯开始闪烁，D₁指示灯长亮；当转速达到180转/分时，进入S₁工况，D₁指示灯长亮。

在S₁工况下，D₁指示灯长亮，控制器接收到K₁按键连续6次按下信息后，进入工况突增模式控制，此时D₂指示灯开始闪烁，转速N₁按照设定的N_th2＝10 转/分变化率逐渐降低，当转速达到280转/分时，进入S₂工况，D₃指示灯开始闪烁，D₁～D₂指示灯长亮；当转速达到380转/分时，进入S₃工况，D₄指示灯开始闪烁，D₁～D₃指示灯长亮；当转速达到480转/分时，进入S₄工况，D₅指示灯开始闪烁，D₁～D₄指示灯长亮；当转速达到580转/分时，进入S₅工况，D₁～D₅指示灯长亮。

在S₄工况下，D₁、D₂、D₃、D₄指示灯长亮，此时，控制器接收到K₄按键按下信息后，进入停车工况模式，转速N₄按照设定的N_th3＝15转/分变化率逐渐降低，D₄指示灯开始闪烁，D₁～D₃指示灯长亮；当转速达到380转/分时，进入S₃工况，D₃指示灯开始闪烁，D₁～D₂指示灯长亮；当转速达到280 转/分时，进入S₂工况，D₂指示灯开始闪烁，D₁指示灯长亮；当转速达到180转/分时，进入S₁工况，D₁指示灯开始闪烁；当转速达到0时，D₁₅指示灯熄灭表示停车工况完成。

本实施例中，电动机拖动斯特林制冷机工作进行制冷工作，其冷端的温度反应了斯特林制冷机的性能，由于斯特林制冷机不一定能够达到设计目标值，而通过变频器可以容易控制电动机的转速，为了保证获得相关试验数据，以转速作为工况挡位分类的标准，在此条件下，测量斯特林制冷机的数据，进行斯特林制冷机的数据比较分析来评判性能的高低。

此外，本实施例中，针对斯特林制冷机在试验台架的工作特点，将工作过程分为几个工作状态，设定了工作状态之间的转换条件，制定了控制策略，实现了台架试验的稳定性和持续性。工况挡位操作与显示系统，按键功能操作简单，通过指示灯的变化，可以快速确定斯特林制冷机的工况挡位状态，降低试验工作人员的疲劳度，降低对斯特林制冷机工况挡位确定结果的出错率增加的问题。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统，其特征在于，包括：

按键模块，与控制器连接，用于输入动作指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行对应的动作；

传感器模块，与所述控制器连接，用于在所述斯特林制冷机执行对应动作时，采集所述斯特林制冷机的参数，所述参数包括转速和冷端温度；

所述控制器，用于接收所述传感器模块实时采集的所述斯特林制冷机的参数，基于所述参数以控制指示模块显示对应动作的状态；

所述指示模块，与所述控制器连接，用于以不同的工作状态显示对应动作的状态，所述工作状态包括以不同的频率闪烁、长亮和熄灭。

2.根据权利要求1所述的斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统，其特征在于，所述按键模块包括：

增工况按键，用于通过所述增工况按键单次输入的增工况指令控制所述斯特林制冷机执行增工况动作或通过所述增工况按键连续输入的突增工况指令控制所述斯特林制冷机执行突增工况动作；

降工况按键，用于通过所述降工况按键单次输入的降工况指令控制所述斯特林制冷机执行降工况动作或通过所述降工况按键连续输入的突降工况指令控制所述斯特林制冷机执行突降工况动作；

起动工况按键，用于通过所述起动工况按键输入的起动工况指令控制所述斯特林制冷机执行起动工况动作；

停车工况按键，用于通过所述停车工况按键输入的停车工况指令控制所述斯特林制冷机执行停车工况动作。

3.根据权利要求1所述的斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统，其特征在于，所述控制器还用于：

基于所述斯特林制冷机的参数，确定所述斯特林制冷机执行对应动作的状态；

基于所述斯特林制冷机执行对应动作的状态以控制所述指示模块显示对应的工作状态。

4.一种基于权利要求1～3中任一项所述斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：

通过所述按键模块输入动作指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行对应动作；

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行对应动作时的参数，所述参数包括转速和冷端温度；

通过所述控制器接收所述传感器模块实时采集的所述斯特林制冷机的参数，基于所述参数以控制所述指示模块显示对应动作的状态；

通过所述指示模块以不同的工作状态显示对应动作的状态，所述工作状态包括以不同的频率闪烁、长亮和熄灭。

5.根据权利要求4所述斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的控制方法，其特征在于，所述通过所述按键模块输入动作指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行对应动作，具体包括步骤：

通过所述按键模块中起动按键输入起动工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行起动工况动作；

通过所述按键模块中增工况按键单次输入增工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行增工况动作，单次增加所述斯特林制冷机的工况挡位；

通过所述按键模块中增工况按键连续输入突增工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行突增工况动作，突增所述斯特林制冷机的工况挡位；

通过所述按键模块中降工况按键单次输入降工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行降工况动作，单次降低所述斯特林制冷机的工况挡位；

通过所述按键模块中降工况按键连续输入突降工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行突降工况动作，突降所述斯特林制冷机的工况挡位；

通过所述按键模块中停车工况按键连续输入停车工况指令至所述控制器以控制所述斯特林制冷机执行停车工况动作。

6.根据权利要求5所述斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的控制方法，其特征在于，所述通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行对应动作时的参数，具体包括步骤：

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述起动工况动作时的转速和冷端温度；

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述增工况动作时的转速；

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述突增工况动作时的转速；

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述降工况动作时的转速；

通过所述传感器模块采集所述斯特林制冷机执行所述突降工况动作时的转速。

7.根据权利要求6所述斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的控制方法，其特征在于，所述基于所述参数以控制所述指示模块显示对应动作的状态，具体包括步骤：

基于所述斯特林制冷机的参数，确定所述斯特林制冷机执行对应动作的状态；所述执行对应动作的状态包括开始执行动作和完成动作；

基于所述斯特林制冷机执行对应动作的状态以控制所述指示模块显示对应的工作状态。

8.根据权利要求7所述斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的控制方法，其特征在于，所述通过所述指示模块以不同的工作状态显示对应动作的状态，具体包括步骤：

当所述斯特林制冷机开始执行所述起动工况动作时，通过所述指示模块中与所述增加的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁；

当所述斯特林制冷机开始执行所述增工况动作时，通过所述指示模块中与所述增加的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁，所述指示模块中与原始工况挡位对应的指示灯长亮；

当所述斯特林制冷机开始执行所述突增工况动作时，所述指示模块中与所述突增的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁，所述指示模块中与原始工况挡位对应的指示灯长亮；

当所述斯特林制冷机开始执行所述降工况动作时，所述指示模块中与所述降低的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁，所述指示模块中与原始工况挡位对应的指示灯长亮；

当所述斯特林制冷机开始执行所述突降工况动作时，所述指示模块中与所述突降的工况挡位对应的指示灯以对应的频率闪烁，所述指示模块中与原始工况挡位对应的指示灯长亮。

9.根据权利要求7所述斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的控制方法，其特征在于，所述基于所述斯特林制冷机的参数，确定所述斯特林制冷机执行对应动作的状态，包括步骤：

当所述斯特林制冷机的转速达到起动转速和冷端温度达到起动温度时，确定所述斯特林制冷机完成所述起动工况动作；

当所述斯特林制冷机的转速达到所述增加的工况挡位转速时，确定所述斯特林制冷机完成所述增工况动作；

当所述斯特林制冷机的转速达到所述突增的工况挡位转速时，确定所述斯特林制冷机完成所述突增工况动作；

当所述斯特林制冷机的转速达到所述降低的工况挡位转速时，确定所述斯特林制冷机完成所述降工况动作；

当所述斯特林制冷机的转速达到所述突降的工况挡位转速时，确定所述斯特林制冷机完成所述突降工况动作；

当所述斯特林制冷机的转速为零时，确定所述斯特林制冷机完成所述停车工况动作。

10.根据权利要求9所述斯特林制冷机试验台架工况挡位控制系统的控制方法，其特征在于，所述通过所述指示模块以不同的工作状态显示对应动作的状态，具体还包括步骤：

当所述斯特林制冷机完成所述增工况动作时，所述指示模块中与增加的所述工况挡位对应的指示灯长亮；

当所述斯特林制冷机完成所述突增工况动作时，所述指示模块中与所述突增的工况挡位对应的指示灯长亮；

当所述斯特林制冷机完成所述降工况动作时，所述指示模块中与所述降低的工况挡位对应的指示灯熄灭；

当所述斯特林制冷机完成所述突降工况动作时，所述指示模块中与所述突降的工况挡位对应的指示灯熄灭；

当所述斯特林制冷机完成所述停车工况动作时，所述指示模块的指示灯熄灭。

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