北京正负电子对撞机重大改造工程(Beijing Electron-Positron Collider Upgrade，简称BEPCII)是我国正在进行的少数几个大科学工程项目之一。为了实现把亮度提高两个数量级的目标，在项目中引进了超导射频腔(SRF Cavities)和超导四极磁铁(SCQ magnets)等超导技术和设备。由于我国第一次建造大型低温超导系统，缺乏对用于超导加速器装置的大型氦低温冷却技术的研究和准备，而且工程完成时间要求严格，在诸多低温和超导问题的技术实现上都存在着挑战。本文在广泛查阅国外文献资料的基础上，针对SRF供氦系统和SCQ本地氦冷却系统，从机理建模出发进行了大量的仿真研究，特别是动态仿真研究。在深入认识系统运行机理的基础上提出解决问题的办法。　　进氦调节阀的后面跟随着较长的低温传输管线，这给SRF恒温器液位控制带来很大的影响。针对这个问题，本文进行了深入的研究对该影响给出了定量的计算。为了使数学模型更贴近于氦两相流在管线中传输的实际物理过程，在两相流的双分量模型中增加了摩擦热影响空泡率的考虑。在两相流传输模型和传输线弯头简化模型的基础上给出了传输线系统的显式数值计算方泫。提出显式数值计算与集合映射相结合的方法，解决了不完整双边边界条件下SRF供氦传输线系统的数学求解问题，最终得到调节阀对SRF供氦传输线系统末端液氦流量稳态调节特性的计算方法。它对于辅助SRF恒温器液位控制系统的设计与调试具有重要意义。文中以实际运行参数作为计算实例演示了该计算方法并对计算结果进行了分析。利用基于两相流双分量模型的计算方法对一种解析的近似计算方法进行了对比分析，指出了解析方法的局限性，深化了对低温两相流传输物理机理的认识。　　针对SRF氦冷却系统的3个组成部分：液氦杜瓦、进氦调节阀与低温传输线系统、SRF恒温器分别进行了动态机理建模，最终得到了SRF供氦系统的动态仿真模型。在详细阐述信号回路概念的基础上确定了成功进行机理模型动态仿真的关键措施。分别完成了SRF恒温器液位控制回路与杜瓦电加热器一压力控制回路的动态仿真模型，利用动态参数优化算法分别对两个控制回路的控制器参数进行了优化。针对制冷机冷箱关闭工况，在SRF供氦系统仿真模型的基础上，对杜瓦电加热器一压力控制回路不投入运行与投入运行两种情况进行了动态仿真。仿真结果表明投入控制回路将使得 SRF恒温器液位控制系统持续运行时间延长7倍以上。　　针对SRF传输线系统没有安装流量测量元件的实际情况，提出在制冷机冷箱关闭工况下利用杜瓦电热器功率间接测量传输线中两相流质量流量的软测量方法，进而提出估计传输线漏热和SRF恒温器热负载的实验方法和计算公式。　　为了满足SCQ恒温器控制方法动态仿真研究的需要，本文为SCQ恒温器提供了简化的超临界氦数学模型及其在Simulink中的实现方法。详细分析了第一对撞厅低温系统整体和局部之间的关系，总结出对SCQ恒温器本地控制和系统最佳运行工况的要求。考虑到在低温系统中流量和温度测量信号不适合用作控制信号，阐明了一种自稳定控制的方法和原理。理论分析和动态仿真都证明了该方法的稳定特性。在此基础上给出调试阶段寻找SCQ恒温器最小流量和调整整个低温系统到最佳运行工况的实现途径。　　针对第一对撞厅低温温度测点较多而低温温度测量造价昂贵的情况，基于现场总线技术提出一种嵌入可编程逻辑控制器(PLC)的低温温度信号采集方案。给出了该方案在西门子PLC上的实现方法。　　本文的研究工作为BEPCII低温系统下一阶段的调试运行提供了方法上、技术上和理论上的支持，对于降低低温系统调诫风险、缩短调试时间以及指导今后低温系统的运行具有重要的工程实际意义。