随着电力电子技术的不断发展,电子设备呈现出集成化、微型化、智能化的发展趋势,热流密度也呈增高趋势。电子设备的热设计主要目的是保证元器件始终处于正常的工作温度范围,从而保证电子设备乃至整个系统的正常工作和稳定运行。在空间热控中,面对外界热负荷以及内部元件功率同时变化的复杂工况时,传统的针对单一工况的被动式散热方式越来越难以满足新的需求,主动式温度控制系统体现出越来越重要的作用。液冷板具有相对简单可靠的结构,成熟的理论支持以及相比风冷散热更具有潜力的散热能力。目前针对液冷板散热的研究多集中在强化传热、结构优化方面,缺乏对液冷板主动式温度控制的研究。温度控制系统的建立包括对被控对象的数学建模以及基于数学模型的控制器设计。事实上,由于实际设备运行过程中存在噪声等影响因素,会导致模型辨识困难,而数学模型的准确性很大程度上决定了控制器的可靠性。因此有必要开展液冷板对象的模型辨识研究,提高数学模型对实际过程的描述精度,同时设计可靠简便的控制器参数整定方法,提升控制系统的设计效率。分数阶微积分具有短时记忆性的特点适用于描述具有弹性、惯性等的物理过程。在控制领域中,分数阶传递函数及相应的分数阶控制策略被提出。相比传统的一阶、二阶传递函数,分数阶传递函数由于其阶次的灵活性,具有更一般化的描述能力,基于分数阶传递函数的分数阶控制器也提供了更加灵活的控制器参数设计选择。本文的主要研究内容以及研究结论主要有以下几部分:(1)本文设计并搭建了主动式液冷板温度控制实验平台,采用Modbus通信协议结合RS-485总线技术,实现了实验台数据采集与反馈控制的实时双向通信。运用集总参数法对蛇形通道液冷板内的换热过程进行了数值模拟。以发热元件的温度阶跃响应作为模拟对象,实验表明液冷板满足了电子元器件的换热需求,可以满足40W/cm~2的换热需求。集总参数法的数值模拟结果总体上反映了在外热流作用下,模拟发热元件在液冷板散热条件下的温度动态过程,为热工控制过程的实现提供了数据支持。(2)针对基于时域分析的辨识方法在噪声的影响下无法准确找到临界点的问题,提出了结合频域分析的二阶传递函数模型辨识方法。首先引入无量纲时间,简化系统闭环表达式,获得二阶传递函数中时间常量之间的关系式。其次分别对二阶无时滞与时滞传递函数,根据相频特性曲线分析与Nyquist判据,结合系统的临界振荡频率,获得传递函数时间常量的另一关系式。实验与理论结果表明结合频域分析的辨识方法在噪声影响下的辨识精度高于传统方法,绝对误差指数为11.25,而单纯基于时域数据的辨识结果绝对误差指数为17.49。基于辨识所得二阶传递函数,采用SIMC-PID参数整定方法设计了相应的PID控制器,在实验与仿真中都取得了较为一致的控制结果,且控制过程稳定,精确。(3)本文从理论上验证了分数阶系统以及分数阶控制器的优异性与灵活性。设计了结合整数阶次与分数阶次的新型传递函数形式,采用粒子群优化算法对发热元件温度的阶跃响应过程进行辨识。实验结果表明,分数阶传递函数的精度明显优于传统二阶传递函数,绝对误差指数为6.848,而二阶传递函数的绝对误差指数为11.25。根据控制器设计的稳定性判据,设计了相应的PI~λD~μ控制器。分数阶控制器在实验过程中表现出了更加优异的控制效果,用时20s就完成了控制过程,而整数阶控制器完成相同的温度阶跃指标则用时60s,且执行器控制量更加稳定,没有出现大幅振荡,有利于执行器的长期稳定运行。本文为液冷板温度控制提供了相关热工数据,为液冷板温度控制实验台设计搭建,模型辨识,控制器设计,提供了重要的技术支持。