六面顶人造金刚石加热调功系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种六面顶人造金刚石加热调功系统及其控制方法，包括中央处理器、变压器和连接于中央处理器的输入端上的电压测量模块、电流测量模块，中央处理器的控制端与变压器主回路上的调压装置连接，变压器副回路上连接有待加工的石墨，还包括PLC控制器，PLC控制器的输入端与中央处理器的控制端连接、其输出端与变压器副回路上的控制开关连接。本发明专利技术通过采用中央处理器和PLC控制器来实现同时关闭变压器的加热主、副回路的目的，实现电路的双重保护；本发明专利技术除了采用了PID控制器进行寻优整定外，还采用基于模糊RBF神经网络模块进行寻优计算，达到稳定调节加热电功率的目的，并减小了系统的震荡，增强了鲁棒性，提高了系统的抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种人造金刚石的加热装置，具体涉及一种六面顶人造金刚石加热调功系统及其控制方法。
技术介绍
国内人造金刚石的制造过程大多都会用到六面顶压机，通过三对顶锤来自六个面给石墨片加压，同时在顶锤上加入低压大电流(大约3V，1500A)，使得合成块内部的石墨片产生大量热量，达到加热的目的。目前，广泛使用的六面顶人造金刚石压机制造金刚石的加热系统一般采用单片机或PLC为主要控制器，通过控制主回路上的电压、电流值，间接控制电功率值，与程序设定的指定温度值进行PID调节，PID计算出可控硅导通角，通过可控硅来调压，以控制主回路的电压值，电压改变会引起电流的改变，从而间接控制人造金刚石的加热温度。然而，在实际的工厂调试过程，发现上述的六面顶人造金刚石加热调功系统在使用过程存在如下缺陷：1)当系统检测到温度过高、过低或其他异常情况时，只能通过关闭加热变压器上的主回路来保护系统，这样易出现由于信息传送滞后或其他系统故障原因，这样不能及时停止金刚石的合成工作，系统的安全性低；2)控制的温度精度不高，检测得到的电能参数需要进行滤波处理，而传统的均值、中值滤波，不能滤除偶然出现的脉冲性干扰，以及不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差，导致PID误调节；3)传统PID控制参数较单一，易超调，控制精度不高，且专家PID控制效果很大程度上依赖于专家的经验正确性，导致人造金刚石加热过程的恒功率稳定调节的精度不高。
技术实现思路
针对上述的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种六面顶人造金刚石加热调功系统，它能实现加热功率稳定及精准调节，且系统的响应时间快。为解决上述问题，本专利技术通过以下技术方案实现：六面顶人造金刚石加热调功系统，包括中央处理器、变压器和连接于中央处理器的输入端上的电压测量模块、电流测量模块，所述中央处理器的控制端与串接于变压器主回路上的调压装置连接，变压器副回路上连接有待加工的石墨，还包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与中央处理器的控制端连接，其输出端与串接于变压器副回路上的控制开关连接。当系统检测到温度过高、过低时，通过关闭PLC控制的变压器副回路的控制开关，停止金刚石的合成，中央处理器则是通过控制调压装置同时关闭变压器主回路，起到变压器主副回路双重保护，防止系统异常、电路异常或工况异常等对设备的损坏。上述方案中，所述中央处理器包括均值滤波器、模糊RBF神经网络模块和连接有显示器的PID控制器，均值滤波器的输入端连接有放大电路、其输出端与模糊RBF神经网络模块的输入端连接，模糊RBF神经网络模块的输出端与PID控制器的输入端，PID控制器的输出端经信号转换电路后、与变压器主回路上的调压装置连接。上述方案中，为了提高滤波效果，使得即使在干扰条件下也能得到光滑的测量电压、电流、电功率瞬时值，为达到上述目的，在均值滤波器的输出端与模糊RBF神经网络模块的输入端之间连接有一卡尔曼滤波器。上述方案中，优选地，在中央处理器的输入端上还可以连接有红外传感器和摄像头。上述方案中，更优选地，在中央处理器的输出端上还连接有存储模块和语音模块。上述方案中，所述控制开关可以为继电器，用于控制变压器副回路的通断。上述方案中，所述调压装置为可控硅，用于控制变压器主回路的通断以及调节变压器主回路加热电压的大小。本专利技术还提供了一种控制精准、反应速度快，方法简单的六面顶人造金刚石加热调功系统的控制方法，包括电路保护控制步骤和加热调功步骤，其中，所述电路保护控制包括以下步骤：1)系统参数初始化，并向存储模块中植入用以合成人造金刚石的加工工艺参数、并设定参考值，所述加工工艺包括加热阶段、保温阶段和冷却阶段，其中加热阶段采用慢升压工艺；2)开始给石墨片加热：通过电压、电流测量模块采集变压器主回路上的电压、电流瞬时值；然后发送至中央处理器，中央处理器经放大、滤波处理后再进行计算，得到加热的电功率瞬时值；3)中央处理器将该电功率瞬时值与参考值进行比较，得到第一控制信号、并发送给变压器主回路上的调压装置；中央处理器同时也将该电功率瞬时值发送给PLC控制器，PLC控制器将该电功率瞬时值与参考值进行比较，得到第二控制信号、并发送给变压器副回路上的控制开关；所述加热调功在执行电路保护控制的1)、2)步骤的基础上，继续执行以下步骤：Ⅰ)中央处理器内的模糊RBF神经网络模块对过滤处理后的电功率瞬时值进行寻优处理，整定出PID控制器中调节系数比例Kp、积分ki、微分kd，并反馈至PID控制器中，PID控制器将各调整系数显示在显示器上，同时PID控制器的输出端经信号转换电路后与串接于变压器主回路上的调压装置连接，通过调节调压装置来控制变压器主回路的电压以达到调整金刚石合成加热电功率的目的。上述方案，所述电路保护控制的步骤2)中，所述滤波处理为在加热阶段采用均值滤波器进行滤波、而在保温阶段是在均值滤波处理后再采用卡尔曼滤波器进行滤波处理。上述方案，进一步地，所述加热调功的步骤Ⅰ)中，所述寻优处理为模糊RBF神经网络模块在金刚石不同的温控周期进行不断学习整定，计算出当前的加热电功率的平均有效值、并与设定参考值进行比较，获得误差值，最后进行网络权值算法学习及不断地更新、修正。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术通过采用嵌入式中央处理器和PLC控制器来实现同时关闭变压器的加热主、副回路的目的，以防止石墨在加热过程出现的异常情况，实现双重保护；2)对中央处理器输出的电功率值除了采用均值滤波器外，还采用卡尔曼滤波器进行滤波处理，能快速地滤除电路中的杂波，且对系统噪声有很强的抑制作用，有效地提高了系统的测量精度；3)本专利技术不仅采用了PID控制器进行寻优整定，还采用了基于模糊RBF神经网络模块进行寻优计算，即采用模糊RBF神经网络的优化算法，调节整定比例Kp、积分ki、微分kd系数，达到稳定调节加热电功率的目的，并减小了系统的震荡，增强了鲁棒性，提高了系统的抗干扰能力。附图说明图1为本六面顶人造金刚石加热调功系统的系统结构框图。图2为具体调节方法使用时的连接框图。图3为采用的慢升压工艺曲线。图4为4.5kW负载功率响应曲图。图5为普通PID加热调功控制系统的响应仿真曲图。图6为采用本六面顶人造金刚石加热调功系统进行调功控制得到的的响应仿真曲图。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
六面顶人造金刚石加热调功系统，包括中央处理器、变压器和连接于中央处理器的输入端上的电压测量模块、电流测量模块，所述中央处理器的控制端与串接于变压器主回路上的调压装置连接，变压器副回路上连接有待加工的石墨，其特征在于：还包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与中央处理器的控制端连接，其输出端与串接于变压器副回路上的控制开关连接。

【技术特征摘要】
1.六面顶人造金刚石加热调功系统，包括中央处理器、变压器和连
接于中央处理器的输入端上的电压测量模块、电流测量模块，所述中央处
理器的控制端与串接于变压器主回路上的调压装置连接，变压器副回路上
连接有待加工的石墨，其特征在于：还包括PLC控制器，所述PLC控制器
的输入端与中央处理器的控制端连接，其输出端与串接于变压器副回路上
的控制开关连接。
2.根据权利要求1所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其特征
在于：所述中央处理器包括均值滤波器、模糊RBF神经网络模块和连接有
显示器的PID控制器，均值滤波器的输入端连接有放大电路、其输出端与
模糊RBF神经网络模块的输入端连接，模糊RBF神经网络模块的输出端与
PID控制器的输入端，PID控制器的输出端经信号转换电路后、与变压器
主回路上的调压装置连接。
3.根据权利要求2所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其特征
在于：在均值滤波器的输出端与模糊RBF神经网络模块的输入端之间连接
有一卡尔曼滤波器。
4.根据权利要求1所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其特征
在于：在中央处理器的输入端上还连接有红外传感器和摄像头。
5.根据权利要求1或4所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其
特征在于：在中央处理器的输出端上还连接有存储模块和语音模块。
6.根据权利要求1所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其特征
在于：所述控制开关为继电器，用于控制变压器副回路的通断。
7.根据权利要求1所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其特征
在于：所述调压装置为可控硅，用于控制变压器主回路的通断以及调节变
压器主回路加热电压的大小。
8.一种如权利要求1所述的六面顶人造金刚石加热调功系统的控制
方法，其特征在于：包括电路保护控制步骤和加热调功步骤，其中
所述电路保护控制包括以下步骤：
1)系统参数初始化，并向存...

【专利技术属性】
技术研发人员：何少佳，覃昱超，夏振，纪效礼，罗奕，刘华东，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45