斯特林制冷机的振动分析及控制

低振动大冷量气动斯特林制冷机的设计与试验研究

ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｔｏｄｏｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｅｒｙｏｃｏｏｌｅｒ
ｈａｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄｄｅｓｉｇｎ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔａｇｅｓ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｒｙｏ —
２０１５年第５期
总第２０７期
低温工程
ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ
ＮＯ．５２０１５ＳｕｍＮＯ．２０７
低振动大冷量气动斯特林制冷机的设计与试验研究
李娜蒋珍华蔡诗
（中国科学院上海技术物理研究所上海（上海理工大学能源与动力工程学院上海２０００８３）２００识码：Ａ
文章编号：１０００．６５１６（２０１５）０５－００６４－０５
Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｆｏｒｌｏｗｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄａｈｉｇｈｃａｐａｃｉｔｙ

气动分置式斯特林制冷机被动减振技术研究

ＬｎｈｕＩｓｉｔｆＰｙｉｓａｚｏｎｔｕｅｏｈｓｃ，Ｌａｚｏ３００，Ｃｉａｔｎｈｕ７００ｈｎ）
Ａｂｓｒｃ：Ｖｉｒｔｎｏｒｅａｄｈｒｃｅｉｔｃｒｎｌｚｄｉｔｒｉｇｃｙｃｏｅ，ｔｅａｕａｒ — ｔａｔｂａｉｓｕｃｎｃａａｔｒｓｉｓｗｅｅａａｙｅｎＳｉｌｎｒｏｏｌｒｈｎｔｒｌｉｅｏｑｅｅｆｃｌｉｇｒｗｅｅｃｌｕａｅｕｉｇｂａｍｏｅｕｎｙｏｏｄｆｎｅｒａｃｌｔｄｓｎｅｍｄ１．Ｄｅｉｎｉｇｍｅｈｄｎｐｓｉｅａｓｒｅｓｅ — ｓｇｎｔｏｓ０ａｓｖｂｏｂｒｗａｘｐａｎｄｉｈｏｙＢａｅｏｔａａｙｉｔｅｙｍｉａｏｂｒｗａｓｌｃｅａｉｒｔｏｃｎｒｌｎｉｌｉｅｎｔｅｒ．ｓｄｎｈｅｎｌｓｓ，ｈｄｎａｃｂｓｒｅｓｅｅｔｄｓｖｂａｉｎｏｔｏｌｇｎｉｐｅｍａｉａｌｒｖｎｅｐｎｅｎｐｉＳｉｌｎｙｃｏｅ．ＡｙａｉｂｏｂｒｗａｓｇｅｂｓｄＯ３ｔｅｎｕｔｃｌｄｉｅｘａｄｒｉｓｌｔｔｒｉｇｃｏｏｌｒｙｄｎｍｃａｓｒｅｓｄｅｉｎｄａｅ１ｈｔｏｙｐｅｉｉｏＴｈｘｒｍｅｔ１ｒｓｌｓｏｔｗａｕｌｇｅｍｅｔｗｉｈｏｙｐｅｉｔｎ．ｈｅｒｒｄｃｔｎ．ｅｅｐｅｉｎａｅｕｔｈｗｎｉｉｓｆｌｙａｒｅｎｔｔｅｒｒｄｃｉｈｏ

空间斯特林制冷机的振动控制研究

安装方便、制冷量大等优点，在空间侦察领域得到
了广泛的应用。
当时生产力水平低下，整套制冷设备的经济性比较差，斯特林制冷机未能得到推广。１９５４年荷兰
Ｐｌｉｌｉｐｓ实验室研制成实用的逆向斯特林循环制冷
低温与超导
低温技术
Ｃｒｙｏ．＆Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ
Ｖｏ１．４２Ｎｏ．２
第４２卷
第２期
空间斯特林制冷机的振动控制研究
史韦意，陈剑，曾维俊，乔晋红
（合肥工业大学噪声振动工程研究所，安徽省汽车ＮＶＨ工程技术研究中心，合肥２３０００９）摘要：研究了斯特林制冷机的发展历程，分析了斯特林制冷机常见的两种结构，并对比了几种典型的制冷介质。从专业的角度阐述了它的工作原理，分析了其振动来源，介绍了其振动测试方法，最后着重从主动、被动控制两个方面提出了一些振动控制手段。关键词：斯特林制冷机；结构原理；制冷介质；主动控制；被动控制
利用逆向斯特林循环进行制冷，获得成功。由于
冷机作为低温获得装置；此外，如高温超导器件的通信卫星、天基信息传输系统为了获得较高的信噪比，都是利用制冷机作为冷却装置＿４Ｊ。斯特林
制冷机因其具有结构紧凑、占有空间小、质量轻、
ＡｂｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆＳｔｉｌｉｆｎｇｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒｗａｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｗｏｃｏｍｍｏｎＳｔｉｒｌｉｎｇｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒｗａｓ

斯特林制冷机自适应主动振动控制系统研究的开题报告

斯特林制冷机自适应主动振动控制系统研究的开题报告一、研究背景及意义斯特林制冷机是一种基于惯性力的循环式制冷设备，它具有体积小、重量轻、低噪音、低振动、无污染等诸多优点，已被广泛应用于航空航天、军事、医疗、电子、能源等领域。

然而，由于斯特林制冷机中的工作物体主要以气体为介质，因此气体的惯性和压缩弹性引起的振动一直都是制冷机运行过程中的一个难点，严重制约了其提高制冷效率和可靠性的发展。

因此，开展斯特林制冷机振动控制系统的研究，对于提高其工作性能和应用价值具有重要的意义。

二、研究内容与目标本文针对斯特林制冷机中被动振动控制问题，提出了一种自适应主动振动控制系统，目标是在保证制冷机正常工作的前提下，降低振动和噪声的影响，提高机器的可靠性和安全性。

具体研究内容和方案如下：1.制冷机运行过程中的振动分析和控制理论研究，建立基于物理模型的数学模型，分析机器的振动产生机理，探究振动控制手段和技术方法。

2.设计自适应主动振动控制系统，包括振动检测、信号处理、控制算法、执行机构等部分。

3.实验验证和性能优化，在实现振动控制的同时，根据实验数据进一步优化控制算法和实现技术方案，提高机器的稳定性和效率。

三、研究方法与技术路线1.文献调研和分析，了解斯特林制冷机工作原理和振动控制方法。

查找和整理相关文献和资料，以便为研究提供理论依据和实验设计的参考。

2.建立数学模型，采用振动分析理论和控制理论，对斯特林制冷机的结构、工作原理和动态特性进行建模和分析。

3.设计并实现自适应主动振动控制系统，包括振动检测、信号处理、控制算法和执行机构等部分，评估其控制效能和性能优化。

4.实验验证和分析，制定实验方案，根据实验数据进行性能评估和优化。

5.研究成果的撰写和总结，撰写论文并同时进行科研成果的呈报和宣传，扩大创建斯特林制冷机自适应主动振动控制系统的科学和技术的影响和收益。

四、研究项目的预期效益1.完善斯特林制冷机的振动控制方法和技术，增强机器的稳定性和可靠性。

专用直线振荡电机的振荡特性分析

果与理论分析本一致。
斯特林制冷机的模型如图１所示。压缩气体的活塞由直线振荡电机的动子推动，系统的输入值是控制电压
，
输出值是动子的位移量。由图１可知，整个闭环系在
统中，线振荡电机决定着整个系统的可靠性、定性、直稳能耗以及电压与位移的关系。
文献标识码：Ａ
关键词：振荡电机；斯特林制冷机；直线电机；振荡特性
中图分类号：Ｍ３９４Ｔ５．文章编号：０４— ０８（０２０１０７１２０）５－０１０５—０３
ＡｂｓｒｃＴｈｅｓｉｌｔｏａａｙｉｂａｅｎｈｅｌｃｒｍａ — ｔａｔ：ｏｃｌａｉｎｎｌｓｓ，ｓｄｏｔｅｅｔｏｇ
ｓｓｅｔｗｔｈｈｏｙｉｎｉｔｅｔｅｒ．ｔｈ
Ｋｅｙｗｏｒｓ：ｓｉｌｔｏｍｏｏ；ｓｉｌｎｅｇｎｄｏｃｌａｉｎｔｒｔｒｉｇｎｉｅ；ｌｎｒｉｅａｍｏｉｎ；ｔｏ
ｏｃｌｔｎｃａａｔｒｓｃｓｉａｉｈｒｃｅｉｔｌｏｉ
维普资讯
专用直线振荡电机的振荡特性分析
陈杰峰，自强王
（北京航空航天大学，北京１０８）００３
ＴｈｅＯｓｉｌｔｏｎＣｈａａｃｅｉｔｃＡｎａｙｓｓｏｅｉｌＬｉａｏｔｏＯｓｉｌｔｏｏｔｃｌａｉｒｔｒｓｉｌｉｆａＳｐｃａｎｅｒＭｉｎｃｌａｉｎＭｏｒ

斯特林制冷机直线压缩机共振频率与特性研究

Ｂ —— 气隙中的磁感应强度；
￡ — 有效线圈长度； — ｉ — 线圈中的电流；ｌ — ｐｈ — 充气压力； —
作者简介：张存泉（９９）１６一，男，副教授／学博士，１９年毕业于西安交通大学低温工程专业，２０工９１０３年于上海交
通大学制冷与低温工程研究所获得博士学位，现主要研究方向为新型低温制冷技术及空间气体制冷机。
・
２・６
维普资讯
曰 —— 永久磁体磁场强度；
Ｚ — 动线圈最大长度； —
簧振动系统动力学行为符合一般受迫振动的规律，
ｈｉｅｒｏｒｓｒｉｔｎａｌｚｄｙｔｍａｉｌｙ，ｗｈｃｉｓｇｉｃｔｏｒｅｉｎｐｉｚｔｎｎｄｅｆｒｎｅｔｅｌｎａｃｍｐｓｏｓｈｅｎａｙｅｓｓｅｔａｌｅｃｉｈｓｉｎｆａｆｄｓｇｏｔｉｎｍｉａｉａｐｒｏｍａｃｏ
ＲｅｅｒｈｏｅｏａｔｆｅｕｎｙａｄｃａａｔｒｓｉｓｏｎａｓａｃｎｒｓｎｎｒｑｅｃｎｈｒｃｅｉｔｆｌｅｒｃｉｃｍｐｅｓｒｏｔｌｇｃｙｃｏｅｏｒｓｏｆＳｉｉｒｏｏｌｒｒｎ
摘要：文章主要基于斯特林制冷机直线压缩机及其相应简化物理模型，给出了压缩活塞一弹
簧振动系统的动力学控制方程，就直线压缩机的共振频率及特性进行了系统分析，对整机优化设

斯特林制冷机自适应主动振动抑制算法研究

斯特林制冷机自适应主动振动抑制算法研究李娟;周吉【摘要】空间机械制冷机产生的振动会影响空间探测仪器对探测目标的分辨率和定位精度,是制约制冷机空间应用的一个关键因素.为了降低斯特林制冷机在应用中产生的振动,将自适应主动振动抑制算法引入到系统中.分析了目前采用的主动振动抑制算法的原理和优缺点,表明该方法依赖于减振制动器传递函数,因而稳定性、收敛性受传递函数误差的制约.基于延迟补偿修正filter-X结构和仿射投影算法提出了自适应主动振动抑制系统,该系统由控制器、振动传感器组成.仿真结果显示,相比于常用的控制方法,摆脱了减振器传递函数误差影响的制约,稳定性、收敛性和鲁棒性更好.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2018(024)004【总页数】4页(P283-286)【关键词】斯特林制冷机;自适应滤波;主动振动抑制;仿射投影算法【作者】李娟;周吉【作者单位】北京空间机电研究所中国空间技术研究院空间光学遥感器技术核心专业实验室,北京 100094;北京空间机电研究所中国空间技术研究院空间光学遥感器技术核心专业实验室,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】TB65+.50 引言随着空间遥感任务对精度要求的提高，卫星上的有效载荷对振动环境也提出了更高要求。

机械制冷机产生的振动会对星载仪器产生极大的危害，是影响其空间应用的一个关键因素。

目前国际上红外光电探测项目依赖于长寿命机械制冷机的成功应用。

由于运动部件和气体穿梭导致制冷机产生振动干扰，尤其是冷指的振动会使红外探测器、焦平面器件偏离仪器光学系统的正常范围，导致成像模糊，对探测目标的分辨率和定位精度下降，甚至引起其他设备、结构的机械共振[1-3]。

随着深空高分辨率观测、红外干涉等空间技术的发展，对振动的要求越来越苛刻，必须对输出的振动力进行抑制。

美、欧等国已开展机械制冷机的主动振动抑制算法研究，其中包括JPL （Jetpropulsion Laboratory）[4]、NASA（National Aeronauticsand Space Administration）[5]、Hughes（即现在的 Raytheon）[6]、Lockheed、Sunpower等。

自由活塞斯特林制冷机的研究概述

自由活塞斯特林制冷机的非接触运行，如图 4 为静压气体轴承活塞运动技术；而 Infinia 采用柔性弹簧的径向刚度来保证自由活塞斯特林制冷机的非接触运行，如图 5 为柔性弹簧支撑活塞运动技术。静压轴承技术的缺点是设计难度较大，需要耗费部分压缩氦气，带来性能的局部衰减，而柔性弹簧的径向刚度支撑的缺点在于装配技术难度较高，装配的一致性很难保证，因此不适合大批量生产。自由活塞斯特林制冷机未来的发展依赖于这两种技术的进一步改进。
表 4 自由活塞斯特林制冷机的研制情况[3,4,5]
公司
Sunpower
Twinbird Global cooling
型号 M77 M87 CT MT GT M223 TB40
M100A
制冷量 4W@77K 7.5W@77K 10W@77K 5W@77K 15W@77K 35W@223K 40W@250K
90 年代以来，动磁式直线压缩机的发展比较迅速，通过改进磁路设计，改进径向充磁方式，优化气隙等设计思路，目前的动磁式直线电机的效率已可以达到 85%以上，而动圈式直线电机的效率一般在 75%～80%之间。与动圈式直线电机比较，动磁式直线电机无引线问题，且可方便消除线圈的放气对氦气纯度的影响，效率更高，结构更可靠。表 2 为动磁式和动圈式直线电机技术的比较。由表 2 可见
Abstract Free-piston Stirling cooler(FPSC) adopts linear motor driven, flexure spring, clearance sealing, pneumatically driven expander advanced technology etc., which possess many advantages, including compact configuration, light weight, oil-free lubrication, few movement parts, high reliability, low vibration, long life, easy capacity modulation operation etc. With the rapid techonical improvement of aeroscope, solid electronics and cryobiology, high cooling capacity free-piston Stirling cooler owns bright and extensive application prospect. In this paper, Trend in development and research status of FPSC is reviewed in domestic and foreign. In particular, the cryogenic and refrigeration application of FPSC are expected. Keywords Free-piston Stirling cooler (FPSC) Linear compressor Refrigerator Reliability Application