[发明专利]基于遗传算法优化的人造金刚石液压机调功控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及人造金刚石设备，特别是一种人造金刚石液压机，具体是一种基于遗传算法优化的人造金刚石液压机调功控制方法。

背景技术

人造金刚石液压机是通过在两个对顶的顶锤上加低电压大电流，电流经过合成块引起合成块内部电阻发热达到加热目的。根据热力学和高压物理，按人造金刚石合成机理可计算加热功率和液压系统的压力在时间上的配合曲线。为了更好地控制合成块内部温度、压力，从而控制整个合成过程，目前普遍采用的方法是通过测算加热系统加热功率和液压系统的压力并对其进行控制，即控制合成块内部温度和压力与时间的变化关系，使其符合人造金刚石温度压力配合曲线。

目前大部分人造金刚石液压机的调功系统都是按上述原理设计的。这种系统可以采用单片机、PLC或其他微处理器构成主控器，并采用交流互感器测量热变压器的原边电压和电流信号，并且转换为均值作下一步处理。这些信号与预先储存的工艺参数比较，经一定的控制算法处理后，通过控制可控硅的控制角来调节加热变压器的输出电压、电流，从而控制合成块的加热功率。调节方式有恒平均电压、恒平均电流、恒有效电压、恒有效电流、恒功率五种方式。工程上，常用的PID（比例积分微分）参数整定方法是ZN法（Ziegler-Nichols方法）。这种方法原理简单、操作方便，但由于其自身的特点，所获得的是粗略的结果，不适用于要求较高的场合。

但是，现场检测表明，上述人造金刚石液压机的调功系统控制精度并不高，尤其是外电网电压波动会对控制精度产生很大影响。由于生产现场存在很多不定时工作的大功率用电设备，电网电压甚至可能产生20%以上的波动。而且交流互感器的响应速度比较慢、检测精度不是很高、信号处理电路的惯性很大，因此难以保证合成块的加热控制精度。

合成块的温度控制精度已经成为影响人造金刚石质量和产量的最重要因素。因此，改进人造金刚石液压机的调功控制方法以提高控制精度是非常必要的。

发明内容

本发明针对现有技术的不足与缺陷，提供一种基于遗传算法优化的人造金刚石液压机调功控制方法，增加了优化参数原则的灵活性，实现了实时准确地检测加热电压、电流信号，并能迅速针对外电网的变化对加热功率进行调节，提高合成块加热功率的控制精度，最终可以有效地提高人造金刚石单晶和其复合片的质量。

本发明的基于遗传算法优化的人造金刚石液压机调功控制方法，包括含有单片机、PLC或其他微处理器的主控器、变压器和调功电路，将变压器原边经可控硅调压器连接交流电源，控制中心经光耦隔离电路与可控硅调压器连接，可控硅调压器连接在变压器的原边电路中，与变压器原边连接的电压检测电路的输出端和电流检测电路的输出端均连接与控制中心相连接的乘法器，同时也均直接连接控制中心，控制中心设置储存加热功率与时间关系的工艺参数和基于遗传算法的调节比例积分参数的控制规则的存储模块、信号处理模块以及比例积分微分控制模块；

调功控制的步骤包含：

（01）首先根据需求提取实际生产过程中的工艺参数；

（02）根据优化需求对工艺参数进行预处理；

（03）根据获得数据进行遗传算法寻优运算；

（04）寻优结束，输出优化结果，根据优化结果进行功率调节。

上述步骤（03）的具体过程包括：

A、设置初始化参数最大迭代次数、种群规模、交叉概率、变异率；

B、建立目标函数：

J=∫0T(w1|e(t)|+w2u2(t))dt+w3tr]]>