[发明专利]六面顶超硬材料液压机调功控制系统及其控制方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及六面顶超硬材料液压机控制系统，具体为一种六面顶超硬材料液压机调功控制系统及其控制方法。

(二)背景技术

六面顶超硬材料液压机通过在两个相对的顶锤上加以低电压大电流，电流流经合成块，合成块因内部的电阻发热，达到加热目的。依据热力学和高压物理学，按超硬材料生长合成机理可计算制定加热功率和液压系统的压力在时间上的匹配曲线。为了方便地控制合成块内部的温度和压力来控制整个合成过程，目前比较普遍采用的方法是通过测量和计算加热系统的加热功率和液压系统的系统压力并对其进行控制，即可间接地控制合成块内部温度和压力随时间的变化关系，使之符合合成材料温度压力匹配曲线。

目前广泛使用的六面顶超硬材料液压机的加热功率控制系统即是按照上述原理设计的。这种系统一般以单片机、可编程控制器或其它器件构成主控制器，采用交流互感器检测加热变压器原边的电压和电流信号并转换成平均值作进一步处理。这些信号与预存的加热工艺参数进行比较，经一定的控制算法处理后，通过控制可控硅的控制角来控制加热变压器的输出电压和输出电流，从而控制合成块的加热功率。调节方式有恒平均电压、恒有效电压、恒平均电流、恒有效电流和恒功率五种方式。一般采用模拟或数字PID控制方法。实际应用中，纯模拟电路调功器仍然相当普遍。这种控制系统结构简单，工作可靠，被广泛应用。

但是，理论分析和现场测试结果表明，上述六面顶超硬材料液压机的加热功率控制系统的控制精度不高，尤其是外电网电压波动对加热功率控制精度影响很大。由于生产现场存在各种时断时续工作的大功率用电设备，电网电压波动甚至可能高达20％以上。并且交流互感器响应速度较慢、检测精度不高，信号处理电路惯性大，因此，合成块的加热控制精度难以保证。此外，目前合成超硬材料产品种类越来越多，合成块的组装方式多种多样，同一种加热控制系统要面对不同的负载，温度控制精度也受到影响。

合成块温度控制精度已被认为是影响人造金刚石质量和产量的首要因素。因此，亟需改进六面顶超硬材料液压机调功控制系统及其控制方法，以提高其控制精度。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种六面顶超硬材料液压机调功控制系统及其控制方法，实时精密检测加热电压和电流信号，及时有效地针对电网变化对加热功率进行控制，提高合成块加热功率的控制精度。

本发明设计的六面顶超硬材料液压机调功控制系统包括控制中心、可控硅调压器、电流和电压检测电路、变压器以及其它相关的电路。变压器原边经可控硅调压器接交流电源、副边接合成块，本发明的控制中心为微处理器，其控制端口经过光电隔离驱动电路与可控硅调压器连接，调节其控制角，可控硅调压器接在合成块加热变压器的原边电路中，控制变压器原边的电压；与变压器原边相接的电流和电压检测电路的电流、电压传感器分别为霍尔电流传感器和霍尔电压传感器，电流检测电路和电压检测电路的电流、电压信号输出端接乘法器、同时接入微处理器，乘法器接入微处理器。微处理器内存储有加热功率与时间关系的生产工艺数据，还有数字信号处理模块、模糊控制模块及比例积分控制模块。

微处理器有与上位机相联的通讯接口，和/或模拟量输出接口，和/或设定量输入接口，可与上位机或其它输入/输出单元直接交换控制数据等信息，或直接输入功率设定值。

本发明设计的六面顶超硬材料液压机调功控制系统的控制方法如下：

电流和电压检测电路所测变压器原边的电流电压的瞬时值送入微处理器和乘法器，由四象限模拟乘法器计算电压和电流的乘积、获得加热功率的瞬时值，加热功率的瞬时值也送入微处理器处理。本发明的测量计算保证了加热电流、电压和功率的精度和实时性。

微处理器的信号处理模块对加热电流、电压和功率的瞬时值整流，然后进行均值滤波，获取整流均值，再按常规的有效值与均值的换算关系获得准确的当前加热电流、加热电压的有效值。本信号处理方法有效减少传统测量方法的惯性和滞后，提高了信号的实时性，有利于提高控制系统的动态特性。特别是这种平均加热功率测量方法，保证了有效加热功率的测量精度。

微处理器的信号处理模块计算上述所得加热功率平均值与加热功率的当前给定值之差，获得误差e，再对e进行微分计算，获得误差变化率ec。