(1 上海交通大学制冷与低温工程研究所 上海 200240； 2 上海卫星装备研究所 上海 200240)

目前主流制冷方式包括：压缩制冷、电热制冷、吸附制冷、液体气化制冷等，其中压缩制冷由于具有能效比高、可控性好、制冷温区较广等特点应用最为广泛[1-2]。在低温领域(<-100 ℃)，由于压缩制冷的制冷效率较低，为满足大功率低温制冷需求，压缩制冷设备往往体积较大、初投资大且经济性低[3-4]。为达到所需温度及制冷功率，目前主流的一种解决方案是采用低温液体直接气化的制冷方式，使用的低温工质主要包括：液氦、液氮。相比于液氮，液氦制备成本高、制冷温度过低(理论上可达0 K)，应用对象主要为研究实验，在工业应用上仍不普遍[5]。因此，对于空间低温度的大功率制冷需求，采用液氮气化制冷方式更为高效经济。

对于小型热环境室，液氮制冷系统、热环境室的空间均较小，导致热容小，系统空间温度受环境、阀门调节精度等因素影响，仅通过改变液氮流量作为调温方法时，效果往往不尽如意。为了达到较高的控温精度，可以采用电加热作为控制热源，与系统冷源即液氮输入量进行冷热对冲，通过同时调节液氮流量与电加热功率的方式达到较高的控温精度。对于较大空间的液氮制冷系统，系统本身具有大热容、强抗干扰性、长时间滞后等特点，使用外加热源作为辅助控温手段虽然可以提升控温精度，但由于热容较大，采用该方式会导致系统额外损失较多的制冷量，能源经济性较差[6]。因此，对于该类系统，在阀门调控性较好的基础上，可以尝试采用仅通过调节阀门开度改变液氮流量，控制系统温度。

为设计合适的控制策略，有必要对系统控制特性进行详细的分析研究。杜宏鹏等[7]通过对超导腔低温系统建模，研究其降温特性，为制冷系统的实际控制及运行提供理论支持。Peng N.等[8]建立制冷剂部件模型并进行动态模拟，获得系统动态响应特性。研究表明，由于低温制冷系统具有多变量耦合、长时间滞后等特性，实际控制系统较为复杂，控制参数的设定通过预实验整定的方式费时费力。……