CN117433193A - 分置式斯特林制冷机控制器、控制方法、制冷机及热成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分置式斯特林制冷机控制器、控制方法、制冷机及热成像系统，分置式斯特林制冷机控制器，包括：用于感知分置式斯特林制冷机运行状态的九轴姿态解算模块，所述九轴姿态解算模块的输出端与控制电路的其中之一输入端连接；所述控制电路的其中之二输入端用于接收测温电压；所述控制电路的输出端与H桥驱动电路的其中之一输入端连接，从而驱动所述H桥驱动电路。本发明能使分置式斯特林制冷机应用于对过载、振动等要求高的场合，并可完全避免分置式斯特林制冷机因撞缸带来的失效，大大提高分置式斯特林制冷机的可靠性。

Description

分置式斯特林制冷机控制器、控制方法、制冷机及热成像系统

技术领域

本发明属于制冷机技术领域，具体涉及一种分置式斯特林制冷机控制器、控制方法、制冷机及热成像系统。

背景技术

分置式斯特林制冷机由于采用压缩机与膨胀机分离的结构方式，冷指远离了振动较大的压缩机端，振动对红外探测器的影响减小，并且其采用双活塞对置方式进行驱动，使得压缩机动子的动量得到平衡，结构简化，噪声和振动也大幅减小，从而提高了制冷机的可靠性。随着大面阵红外焦平面探测器的发展，红外热成像系统对大制冷量的分置式斯特林制冷机需求增加，这加速推动了大功率分置式斯特林制冷机驱动控制电路的发展。

分置式斯特林制冷机驱动控制器的功能即是通过控制模块、驱动模块和温度反馈等实现分置式斯特林制冷机的驱动和温度控制。电路的工作原理是采用交流电机的调幅调频调速原理，由处理器控制程序产生SPWM波，通过电压提升和功率转换后生成两路功率驱动波，交替的通过直线电机的两组对置线圈，在线圈中产生同频反相的电磁推力，带动制冷机做功。

振动是影响机械制冷机应用和可靠性的一项关键因素，应用对振动指标、机械结构、功耗、可靠性等有严格要求，被动减振结构简单但效果有限，所以普遍采用主动减振技术。主动减振系统包括减振器、振动传感器和控制器，其核心是控制算法。现有技术中，分置式斯特林制冷机在高过载、高振动等要求较高的场合的应用依然具有局限性，且存在因撞缸而失效的问题，可靠性有待提高。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种分置式斯特林制冷机控制器、控制方法、制冷机及热成像系统，能使分置式斯特林制冷机应用于对过载、振动等要求高的场合，并可完全避免分置式斯特林制冷机因撞缸带来的失效，大大提高分置式斯特林制冷机的可靠性。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种分置式斯特林制冷机控制器，包括：用于感知分置式斯特林制冷机运行状态的九轴姿态解算模块，所述九轴姿态解算模块的输出端与控制电路的其中之一输入端连接；所述控制电路的其中之二输入端用于接收测温电压；所述控制电路的输出端与H桥驱动电路的其中之一输入端连接，从而驱动所述H桥驱动电路。

进一步地，还包括控温算法模块，所述控温算法模块与所述控制电路的其中之三输入端连接。

进一步地，还包括母线滤波电路，所述H桥驱动电路的其中之二输入端通过所述母线滤波电路与电源母线连接。

进一步地，还包括输出滤波电路，所述H桥驱动电路的输出端通过所述输出滤波电路与分置式斯特林制冷的控制端连接。

进一步地，所述分置式斯特林制冷机运行状态包括分置式斯特林制冷机和控制器组装姿态、振动频率、幅度和方向。

第二方面，提供一种分置式斯特林制冷机，所述分置式斯特林制冷机配置有第一方面所述的分置式斯特林制冷机控制器。

第三方面，提供一种分置式斯特林制冷机控制方法，基于第一方面所述的分置式斯特林制冷机控制器，所述方法包括：基于九轴姿态解算模块获取分置式斯特林制冷机和控制器组装姿态、振动频率、幅度和方向，并进行实时计算，获得姿态解算结果；根据姿态解算结果、分置式斯特林制冷机特性、测温电压和控温算法，驱动H桥驱动电路。

第四方面，提供一种红外热成像系统，所述红外热成像系统配置有第二方面所述的分置式斯特林制冷机。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明通过用于感知分置式斯特林制冷机运行状态的九轴姿态解算模块的输出端与控制电路的其中之一输入端连接；控制电路的其中之二输入端用于接收测温电压；控制电路的输出端与H桥驱动电路的其中之一输入端连接，从而驱动H桥驱动电路，能使分置式斯特林制冷机应用于对过载、振动等要求高的场合。

附图说明

图1是本发明实施例中分置式斯特林制冷机和控制器组装后X轴、Y轴、Z轴示意图；

图2是现有技术中分置式斯特林制冷机控制器原理框图；

图3是本发明实施例提供的一种分置式斯特林制冷机控制器原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，是分置式斯特林制冷机和控制器组装后X轴、Y轴、Z轴示意图。图2是现有技术中分置式斯特林制冷机控制器原理框图，通过对比图2、图3可以发现，本发明中分置式斯特林制冷机控制器增加了九轴姿态解算模块。

如图3所示，一种分置式斯特林制冷机控制器，包括：用于感知分置式斯特林制冷机运行状态的九轴姿态解算模块、控制电路、控温算法模块、母线滤波电路、H桥驱动电路和输出滤波电路。

九轴姿态解算模块的输出端与控制电路的其中之一输入端连接；控制电路的其中之二输入端用于接收测温电压；控温算法模块与控制电路的其中之三输入端连接；控制电路的输出端与H桥驱动电路的其中之一输入端连接，从而驱动H桥驱动电路；H桥驱动电路的其中之二输入端通过母线滤波电路与电源母线连接；H桥驱动电路的输出端通过输出滤波电路与分置式斯特林制冷的控制端连接。

本发明中通过九轴姿态解算模块的硬件实现对分置式制冷机和控制器组装姿态及振动、加速度、疲劳振动等工况的振动频率、幅度、方向进行感知，感知后通过姿态计算软件进行实时计算，将计算结果传递给控制电路。控制电路结合姿态解算结果、制冷机特性、温度、控温算法等多种因素，驱动H桥驱动电路。

本发明在常规分置式斯特林制冷机驱动控制器控制方法基础上，增加了具有姿态计算硬件和软件单元的九轴姿态解算模块，可以使分置式斯特林制冷机应用于高过载、高振动等要求较高的场合。

本发明在常规分置式斯特林制冷机应对振动的主动减振和被动减振的基础上，通过在控制器内集成九轴姿态解算模块，包括加速度检测硬件、姿态解算及自适应调幅调频软件，提供一种具有自适应调幅调频功能的控制方法，可完全避免分置式斯特林制冷机因撞缸带来的失效，大大提高分置式斯特林制冷机的可靠性。

实施例二：

基于实施例一所述的一种分置式斯特林制冷机控制器，本实施例提供一种分置式斯特林制冷机，其特征在于，所述分置式斯特林制冷机配置有实施例一所述的分置式斯特林制冷机控制器。

实施例三：

基于实施例一所述的一种分置式斯特林制冷机控制器，本实施例提供一种提高分置式斯特林制冷机可靠性的自适应调幅调频控制方法，基于实施例一所述的分置式斯特林制冷机控制器，包括根据分置式斯特林制冷机振动频率、方向和强度自适应调幅调频等三部分。

所述方法包括：

基于九轴姿态解算模块获取分置式斯特林制冷机和控制器组装姿态、振动频率、幅度和方向，并进行实时计算，获得姿态解算结果；

根据姿态解算结果、分置式斯特林制冷机特性、测温电压和控温算法，驱动H桥驱动电路。

实施例四：

基于实施例二所述的一种分置式斯特林制冷机，本实施例提供一种红外热成像系统，所述红外热成像系统配置有实施例二所述的分置式斯特林制冷机。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种分置式斯特林制冷机控制器，其特征在于，包括：

用于感知分置式斯特林制冷机运行状态的九轴姿态解算模块，所述九轴姿态解算模块的输出端与控制电路的其中之一输入端连接；所述控制电路的其中之二输入端用于接收测温电压；所述控制电路的输出端与H桥驱动电路的其中之一输入端连接，从而驱动所述H桥驱动电路。

2.根据权利要求1所述的分置式斯特林制冷机控制器，其特征在于，还包括控温算法模块，所述控温算法模块与所述控制电路的其中之三输入端连接。

3.根据权利要求1所述的分置式斯特林制冷机控制器，其特征在于，还包括母线滤波电路，所述H桥驱动电路的其中之二输入端通过所述母线滤波电路与电源母线连接。

4.根据权利要求1所述的分置式斯特林制冷机控制器，其特征在于，还包括输出滤波电路，所述H桥驱动电路的输出端通过所述输出滤波电路与分置式斯特林制冷的控制端连接。

5.根据权利要求1所述的分置式斯特林制冷机控制器，其特征在于，所述分置式斯特林制冷机运行状态包括分置式斯特林制冷机和控制器组装姿态、振动频率、幅度和方向。

6.一种分置式斯特林制冷机，其特征在于，所述分置式斯特林制冷机配置有权利要求1～5任一项所述的分置式斯特林制冷机控制器。

7.一种分置式斯特林制冷机控制方法，其特征在于，基于权利要求1～5任一项所述的分置式斯特林制冷机控制器，所述方法包括：

基于九轴姿态解算模块获取分置式斯特林制冷机和控制器组装姿态、振动频率、幅度和方向，并进行实时计算，获得姿态解算结果；

根据姿态解算结果、分置式斯特林制冷机特性、测温电压和控温算法，驱动H桥驱动电路。

8.一种红外热成像系统，其特征在于，所述红外热成像系统配置有权利要求6所述的分置式斯特林制冷机。