随着空间探测技术的不断发展,空间设备对环境的要求越来越高,机械制冷机以其小体积、轻质量、高稳定性等优点,广泛应用于红外探测技术,以提高芯片稳定度,延长芯片的使用寿命。由于红外相机对环境温度非常敏感,当环境温度波动超过一定范围时,会影响相机的成像质量,在新一代的风云卫星光电载荷对红外探测器低温工作温度提出了50mK(±25mK)稳定度的要求,因此,需要机械制冷机的冷头温度始终能够维持较高的稳定性。针对这些问题,本文对机械制冷机的温度控制特性进行了以下几个方面的研究:首先,对脉冲管型机械制冷机工作原理进行介绍,详细说明机械制冷机温控系统的组成部分,并对驱动控制电路和制冷机组件的数学模型进行分析,将二者相结合,总结得到机械制冷机温控系统模型。其次,对机械制冷机的温度控制算法进行研究,总结分析位置式PID算法和增量式PID算法对机械制冷机系统性能的影响,结合机械制冷机的性能特点,给出简化的稳定域参数范围的计算方法,使控制算法的参数整定更加简洁易懂。然后,基于多物理域仿真软件—Simplorer软件,结合压缩机仿真软件—Maxwell软件和控制系统与杜瓦组件仿真软件—Simulink/Matlab软件,建立机械制冷机温度控制系统仿真平台,对机械制冷机的数学模型进行修正,修正后的模型仿真结果与实验结果相符,可用于分析机械制冷机温度控制系统的相关特性。结合简化的稳定域参数范围计算方法,给出控制参数的稳定范围区间,并通过仿真分析热负载变化、环境温度变换、冷头温度采集信号噪声干扰等因素对系统稳定性能的影响。最后,通过实验对上述理论与仿真结果进行验证,调整系统控制参数,使机械制冷机温度控制系统最终实现±25mK/30min的性能指标。