随着超导磁体在粒子加速器、核聚变实验装置等大科学工程上的发展，氦制冷机得到了广泛的应用，对氦制冷机运行的稳定性、效率及自动化程度提出了更高的要求。氦制冷机在实际运行中表现为动态过程，热力学参数和部件性能随时间而变化。尤其是在降温过程、回温过程、变热负荷和变操作模式下，氦制冷机控制策略设计和过程操作优化变得非常复杂。单纯的静态计算已无法满足实际氦制冷机的分析，动态模拟技术对于氦制冷机的设计和运行变得必不可少。　　本文针对在建的500W/4.5K氦制冷机，实现了氦制冷机过程与控制的动态模拟，有助于氦制冷机动态特性的认识、控制策略的设计、过程操作的优化，以及氦制冷机及其控制系统的虚拟运行，为500W/4.5K氦制冷机实现全自动化高效稳定地运行提供指导和决策依据。　　首先，根据500W/4.5K氦制冷机的设计要求，分析氦制冷机制冷循环及其流程。在500W/4.5K氦制冷机流程和设备参数的基础上，完成氦制冷机部件模型的定制和氦制冷机流程的动态模型。基于实际控制系统的网络结构，完成过程模型与控制系统的实时通信，实现氦制冷机过程与控制的动态模拟。并通过与实验数据的对比，验证了氦制冷机动态模拟的准确性。　　其次，分析500W/4.5K氦制冷机过程控制，包括氦制冷机的控制流程和控制回路。基于氦制冷机动态模拟，以液氮预冷复杂过程控制、压缩机站多变量控制、透平膨胀机变转速控制等关键控制问题为例，完成氦制冷机控制策略和控制程序的设计。通过动态模型，模拟氦制冷机控制系统在脉冲热扰动下的调节效果，验证了控制程序的有效性。　　最后，利用动态模拟优化氦制冷机的过程操作，包括节流阀、节流旁通阀、负载回气旁通阀和快速回温阀在降温过程和回温过程中的操作优化，模拟了氦制冷机在控制程序下300K-4.5K降温过程和回温过程。分析氦制冷机在浮动高压压力下的变容量调节，模拟了氦制冷机变液化率的调节、制冷模式至液化模式转换的调节，以及制冷量和液化率的转换特性，实现氦制冷机在不同操作模式和操作范围下保持较高的运行效率。　　全文采用氦制冷机过程与控制动态模拟手段，完成500W/4.5K氦制冷机控制策略的设计和过程操作的优化，实现氦制冷机及其控制系统的虚拟运行。氦制冷机动态模拟技术也能为今后大型氦制冷机的设计和运行提供高效的研究平台。