斯特林制冷技术作为低温技术的一个重要分支,相比于传统的蒸汽压缩节流制冷系统,其系统制冷剂无污染、制冷温区广、效率高,在节能环保方面优势明显,广泛应用于航空航天、军事、超导、低温电子学等领域。其中,直线驱动型自由活塞式斯特林制冷机(Free-piston Stirling Cooler,FPSC)因其结构紧凑、重量轻、噪声低、磨损小、可靠性高、寿命长等优点获得越来越多的关注。但由于斯特林制冷机的技术和生产成本较高,针对大冷量斯特林制冷机的控制器研究还处于起步阶段。另外,随着电网对电能质量的要求逐步提高,有源功率因数校正技术(Active Power Factor Correction,APFC)作为一种有效的谐波治理手段,在电机控制中的应用日益广泛。论文首先介绍了斯特林制冷机及其控制系统、APFC技术和温度过程控制技术的研究现状。根据实际控制需求,基于dsPIC30F4011主控芯片构建了单相直线FPSC控制系统,给出了其软硬件设计过程。硬件系统包括逆变主电路、信号采样与调理电路、串口通信电路、辅助开关电源等;软件设计包括主程序结构、单片机SPWM的软件实现、AD采样的优化方法、电机的软启动和缓关断以及上位机程序。接着,在分析APFC原理与实现方法的基础上,详细推导了单周期控制方法的控制方程,并基于IR1155设计了输出直流电压400V、最大功率1kW的有源功率因数校正器,具体说明了其功率电路和控制电路的设计过程,着重介绍了高频功率电感的设计方法。其次,在分析常规PID控制原理的基础上,用一阶惯性时滞环节对斯特林制冷过程的温度响应模型进行近似,基于此模型进行了MATLAB仿真。分析了常规PID在大惯性长时滞复杂过程控制中存在的缺陷,进一步引入模糊控制对其进行优化,形成了参数自整定模糊PID温度控制方法,详细阐述了其设计过程,说明了其软件实现方法,通过仿真验证了其有效性。最后,搭建了单相直线FPSC实验平台,进行了实验研究。实验包括功率因数校正器的稳态和动态性能测试,逆变器和辅助电源的性能以及温控性能测试。实验结果表明,优化温控方法下的温度响应具有良好的稳态和动态性能,所设计的控制系统各项性能满足设计要求。