六面頂人造金剛石加熱調功系統及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種人造金剛石的加熱裝置，具體設及一種六面頂人造金剛石加熱調 功系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 國內人造金剛石的制造過程大多都會用到六面頂壓機，通過Ξ對頂鍵來自六個面 給石墨片加壓，同時在頂鍵上加入低壓大電流(大約3V，1500A)，使得合成塊內部的石墨片 產生大量熱量，達到加熱的目的。
[0003] 目前，廣泛使用的六面頂人造金剛石壓機制造金剛石的加熱系統一般采用單片機 或化C為主要控制器，通過控制主回路上的電壓、電流值，間接控制電功率值，與程序設定的 指定溫度值進行PID調節，PI的十算出可控娃導通角，通過可控娃來調壓，W控制主回路的電 壓值，電壓改變會引起電流的改變，從而間接控制人造金剛石的加熱溫度。然而，在實際的 工廠調試過程，發現上述的六面頂人造金剛石加熱調功系統在使用過程存在如下缺陷：
[0004] 1)當系統檢測到溫度過高、過低或其他異常情況時，只能通過關閉加熱變壓器上 的主回路來保護系統，運樣易出現由于信息傳送滯后或其他系統故障原因，運樣不能及時 停止金剛石的合成工作，系統的安全性低；
[0005] 2)控制的溫度精度不高，檢測得到的電能參數需要進行濾波處理，而傳統的均值、 中值濾波，不能濾除偶然出現的脈沖性干擾，W及不能迅速反應系統當前所受干擾的嚴重 程度，濾波效果差，導致PID誤調節；
[0006] 3)傳統PID控制參數較單一，易超調，控制精度不高，且專家PID控制效果很大程度 上依賴于專家的經驗正確性，導致人造金剛石加熱過程的恒功率穩定調節的精度不高。
【發明內容】
[0007] 針對上述的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種六面頂人造金剛石加熱 調功系統，它能實現加熱功率穩定及精準調節，且系統的響應時間快。
[000引為解決上述問題，本發明通過W下技術方案實現：
[0009] 六面頂人造金剛石加熱調功系統，包括中央處理器、變壓器和連接于中央處理器 的輸入端上的電壓測量模塊、電流測量模塊，所述中央處理器的控制端與串接于變壓器主 回路上的調壓裝置連接，變壓器副回路上連接有待加工的石墨，還包括化C控制器，所述化C 控制器的輸入端與中央處理器的控制端連接，其輸出端與串接于變壓器副回路上的控制開 關連接。當系統檢測到溫度過高、過低時，通過關閉化C控制的變壓器副回路的控制開關，停 止金剛石的合成，中央處理器則是通過控制調壓裝置同時關閉變壓器主回路，起到變壓器 主副回路雙重保護，防止系統異常、電路異常或工況異常等對設備的損壞。
[0010] 上述方案中，所述中央處理器包括均值濾波器、模糊RB巧申經網絡模塊和連接有顯 示器的PID控制器，均值濾波器的輸入端連接有放大電路、其輸出端與模糊RB巧巾經網絡模 塊的輸入端連接，模糊RB巧申經網絡模塊的輸出端與PID控制器的輸入端，PID控制器的輸出 端經信號轉換電路后、與變壓器主回路上的調壓裝置連接。
[0011] 上述方案中，為了提高濾波效果，使得即使在干擾條件下也能得到光滑的測量電 壓、電流、電功率瞬時值，為達到上述目的，在均值濾波器的輸出端與模糊RB巧巾經網絡模塊 的輸入端之間連接有一卡爾曼濾波器。
[0012] 上述方案中，優選地，在中央處理器的輸入端上還可W連接有紅外傳感器和攝像 頭。
[0013] 上述方案中，更優選地，在中央處理器的輸出端上還連接有存儲模塊和語音模塊。
[0014] 上述方案中，所述控制開關可W為繼電器，用于控制變壓器副回路的通斷。
[0015] 上述方案中，所述調壓裝置為可控娃，用于控制變壓器主回路的通斷W及調節變 壓器主回路加熱電壓的大小。
[0016] 本發明還提供了一種控制精準、反應速度快，方法簡單的六面頂人造金剛石加熱 調功系統的控制方法，包括電路保護控制步驟和加熱調功步驟，
[0017] 其中，所述電路保護控制包括W下步驟：
[0018] 1)系統參數初始化，并向存儲模塊中植入用W合成人造金剛石的加工工藝參數、 并設定參考值，所述加工工藝包括加熱階段、保溫階段和冷卻階段，其中加熱階段采用慢升 壓工藝；
[0019] 2)開始給石墨片加熱:通過電壓、電流測量模塊采集變壓器主回路上的電壓、電流 瞬時值;然后發送至中央處理器，中央處理器經放大、濾波處理后再進行計算，得到加熱的 電功率瞬時值；
[0020] 3)中央處理器將該電功率瞬時值與參考值進行比較，得到第一控制信號、并發送 給變壓器主回路上的調壓裝置；中央處理器同時也將該電功率瞬時值發送給化C控制器， PLC控制器將該電功率瞬時值與參考值進行比較，得到第二控制信號、并發送給變壓器副回 路上的控制開關；
[0021] 所述加熱調功在執行電路保護控制的1)、2)步驟的基礎上，繼續執行W下步驟：
[0022] I)中央處理器內的模糊RB巧申經網絡模塊對過濾處理后的電功率瞬時值進行尋優 處理，整定出PID控制器中調節系數比例Κρ、積分ki、微分kd，并反饋至PID控制器中，PID控 制器將各調整系數顯示在顯示器上，同時PID控制器的輸出端經信號轉換電路后與串接于 變壓器主回路上的調壓裝置連接，通過調節調壓裝置來控制變壓器主回路的電壓W達到調 整金剛石合成加熱電功率的目的。
[0023] 上述方案，所述電路保護控制的步驟2)中，所述濾波處理為在加熱階段采用均值 濾波器進行濾波、而在保溫階段是在均值濾波處理后再采用卡爾曼濾波器進行濾波處理。
[0024] 上述方案，進一步地，所述加熱調功的步驟I)中，所述尋優處理為模糊RB巧巾經網 絡模塊在金剛石不同的溫控周期進行不斷學習整定，計算出當前的加熱電功率的平均有效 值、并與設定參考值進行比較，獲得誤差值，最后進行網絡權值算法學習及不斷地更新、修 正。
[0025] 本發明的有益效果為：
[0026] 1)本發明通過采用嵌入式中央處理器和化C控制器來實現同時關閉變壓器的加熱 主、副回路的目的，W防止石墨在加熱過程出現的異常情況，實現雙重保護；
[0027] 2)對中央處理器輸出的電功率值除了采用均值濾波器外，還采用卡爾曼濾波器進 行濾波處理，能快速地濾除電路中的雜波，且對系統噪聲有很強的抑制作用，有效地提高了 系統的測量精度；
[00%] 3)本發明不僅采用了 PID控制器進行尋優整定，還采用了基于模糊RB巧巾經網絡模 塊進行尋優計算，即采用模糊RB巧巾經網絡的優化算法，調節整定比例邱、積分ki、微分kd系 數，達到穩定調節加熱電功率的目的，并減小了系統的震蕩，增強了魯棒性，提高了系統的 抗干擾能力。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本六面頂人造金剛石加熱調功系統的系統結構框圖。
[0030] 圖2為具體調節方法使用時的連接框圖。
[0031] 圖3為采用的慢升壓工藝曲線。
[0032] 圖4為4.5kW負載功率響應曲圖。
[0033] 圖5為普通PID加熱調功控制系統的響應仿真曲圖。
[0034] 圖6為采用本六面頂人造金剛石加熱調功系統進行調功控制得到的的響應仿真曲 圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步的解釋說明，但不用W限制本發 明。
[0036] 如圖1所示，六面頂人造金剛石加熱調功系統，包括中央處理器、變壓器和連接于 中央處理器的輸入端上的電壓測量模塊、電流測量模塊，所述中央處理器的控制端與串接 于變壓器主回路上的調壓裝置連接，變壓器副回路上連接有待加工的石墨，所不同的是:還 包括化C控制器，所述化C控制器的輸入端與中央處理器的控制端連接，其輸出端與串接于 變壓器副回路上的控制開關連接。本實施例中，所述中央處理器具體可W為嵌入式DSP忍 片；所述調壓裝置具體為可控娃，用于控制變壓器主回路的通斷W及調節變壓器主回路加 熱電壓的大小。
[0037] 所述中央處理器包括均值濾波器、模糊RB巧巾經網絡模塊和連接有顯示器的PID控 制器，均值濾波器的輸入端連接有放大電路、其輸出端與模糊RB巧巾經網絡模塊的輸入端連 接，模糊RB巧申經網絡模塊的輸出端與PID控制器的輸入端，PID控制器的輸出端經信號轉換 電路后、與變壓器主回路上的調壓裝置連接。