[发明专利]一种斯特林制冷机精准控温驱动电路及控制方法

权利要求书

1.一种斯特林制冷机精准控温驱动电路，其特征在于，包括

—用于与计算机或者系统平台实时通讯的MCU主控电路；

—用于进行温度数据采集处理、模糊PID控制算法实现以及SPWM波形产生的FPGA模块；以及

—用于增强驱动能力的全桥驱动模块；

所述MCU主控电路与FPGA模块电连接，所述FPGA模块与全桥驱动模块电连接，所述全桥驱动模块通过接口电路与声能压缩机连接，声能压缩机与温度采集模块电连接，温度采集模块通过温度信号调理电路与FPGA模块连接，将温度信息变化量反馈给FPGA模块内部的PID控制器作为PID控制器的输入变化量来产生其输出控制量，输出控制量会使得FPGA输出一个经过调整后的SPWM波，从而构成一个精准控制温度变化的闭环。

2.根据权利要求1所述的斯特林制冷机精准控温驱动电路，其特征在于，所述MCU主控电路与计算机或者系统平台实时通讯，进行温度、电压、电流、频率的读出和设置，将控制参数的输入和人机界面交互显示。

3.根据权利要求2所述的斯特林制冷机精准控温驱动电路，其特征在于，所述MCU主控电路用于实现电路直流输入随交流AC输出实时变化以确保输出的稳定性；还用于实现掉电保护和系统复位。

4.根据权利要求1所述的斯特林制冷机精准控温驱动电路，其特征在于，为了避免制冷机撞缸，根据制冷机允许的最大输入功率对PID控制器的输出进行限幅，即对PID控制器输出的控制量限幅；FPGA模块输出的SPWM波经驱动电路放大后驱动制冷机工作。

5.根据权利要求1所述的斯特林制冷机精准控温驱动电路，其特征在于，所述全桥驱动模块中的全桥驱动芯片选用IR公司的IR2304系列芯片；该芯片带有输出使能控制端，当控制端为低电平时，允许输出；当控制端为高电平时，禁止输出。

6.根据权利要求1所述的斯特林制冷机精准控温驱动电路，其特征在于，还包括滤波电路，所述滤波电路采用基于LC的L型低通滤波电路作为输出滤波电路。

7.根据权利要求6所述的斯特林制冷机精准控温驱动电路，其特征在于，滤波整形电路中的滤波电感采用大线径漆包线绕制，线径的大小依据输出功率的大小进行设定。

8.根据权利要求7所述的斯特林制冷机精准控温驱动电路，其特征在于，所述滤波电路的电感L和电容C的选择依据下式(1)和(2)进行选择，其中，

式中，R为阻感性等效负载，f_m为滤波器截止频率。

9.一种斯特林制冷机精准控温驱动电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立模糊集

将温度、功率、信号频率、撞缸功率门限等控制规则作为模糊集因子，建立模糊集；

(2)形成系统知识库

将上述模糊控制规则及有关参数指标信息作为知识存入到系统知识库；

(3)输出控制量计算

输出控制量Δu(k)由输入误差e(k)根据下述公式(3)计算

其中K_p、K_i和K_d分别为比例系数、积分系数和微分系数。

(4)PID参数的自适应调整

实现对PID参数的自适应调整；结合模糊算法的PID控制，选用温度误差和温度误差偏差二维输入，根据不同的偏差和偏差变化率，对PID参数偏差比例P、偏差积分I、偏差微分D进行在线调整。