目前红外探测技术已广泛应用于天气预报、环境监测、灾害预警、资源探测、农业种植、渔业养殖以及军事遥感领域,与国家的发展密切相关。在航空航天遥感领域,机械制冷机以其体积小、重量轻、稳定性高等优点成为红外探测器组件的重要组成部分。机械制冷机温度控制的精确性、稳定性对高分辨率相机系统稳定成像具有重要意义。国内外机械制冷机主动温度控制普遍采用比例-微分-积分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制算法。由于对制冷机组件的数学模型缺乏了解,无法结合被控对象对PID控制算法进行深入分析,对制冷机闭环温度控制系统的仿真研究较少,因此PID参数的设计多依靠工程经验,费时费力。针对这些问题,本文对机械制冷机PID温度控制算法进行了以下几方面研究:首先,根据传热学和电路相关理论对制冷机温度控制系统主要部件进行了理论建模,确定了模型结构和阶次,模型中的未知参数可以通过辨识得出。随后建立了机械制冷机温度控制系统的闭环控制模型。其次,在分析PID控制基本原理的基础上,结合制冷机组件的数学模型分析了增量式数字PID控制参数变化对系统稳定性的影响。然后,将制冷机组件的传递函数与增量式PID控制器相结合,给出了基于稳定裕度的增量式PID参数稳定域的计算方法,并进行了仿真验证。最后,通过实验法对制冷机组件数学模型的未知参数进行了辨识,并根据试验结果总结了热负载功率对制冷机组件传递函数的影响规律。建立了制冷机温度控制系统的Simulink仿真平台,并采用实验与仿真相结合的方法分析总结了PID各参数以及实际应用中的约束条件对制冷机闭环温度控制的作用规律。最终实现了控温稳定度±0.1K/30min的性能指标。