[發明專利]基于遺傳算法優化的人造金剛石液壓機調功控制方法

無效

• 申請號: 201310100976.1
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN103143298A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 何少佳;史劍清;黃知超;陳勇鋼;王海坤;鄧子信;高韻灃;石旅光
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: B01J3/06
• 分類號: B01J3/06
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 巢雄輝

技術領域

本發明涉及人造金剛石設備，特別是一種人造金剛石液壓機，具體是一種基于遺傳算法優化的人造金剛石液壓機調功控制方法。

背景技術

人造金剛石液壓機是通過在兩個對頂的頂錘上加低電壓大電流，電流經過合成塊引起合成塊內部電阻發熱達到加熱目的。根據熱力學和高壓物理，按人造金剛石合成機理可計算加熱功率和液壓系統的壓力在時間上的配合曲線。為了更好地控制合成塊內部溫度、壓力，從而控制整個合成過程，目前普遍采用的方法是通過測算加熱系統加熱功率和液壓系統的壓力并對其進行控制，即控制合成塊內部溫度和壓力與時間的變化關系，使其符合人造金剛石溫度壓力配合曲線。

目前大部分人造金剛石液壓機的調功系統都是按上述原理設計的。這種系統可以采用單片機、PLC或其他微處理器構成主控器，并采用交流互感器測量熱變壓器的原邊電壓和電流信號，并且轉換為均值作下一步處理。這些信號與預先儲存的工藝參數比較，經一定的控制算法處理后，通過控制可控硅的控制角來調節加熱變壓器的輸出電壓、電流，從而控制合成塊的加熱功率。調節方式有恒平均電壓、恒平均電流、恒有效電壓、恒有效電流、恒功率五種方式。工程上，常用的PID（比例積分微分）參數整定方法是ZN法（Ziegler-Nichols方法）。這種方法原理簡單、操作方便，但由于其自身的特點，所獲得的是粗略的結果，不適用于要求較高的場合。

但是，現場檢測表明，上述人造金剛石液壓機的調功系統控制精度并不高，尤其是外電網電壓波動會對控制精度產生很大影響。由于生產現場存在很多不定時工作的大功率用電設備，電網電壓甚至可能產生20%以上的波動。而且交流互感器的響應速度比較慢、檢測精度不是很高、信號處理電路的慣性很大，因此難以保證合成塊的加熱控制精度。

合成塊的溫度控制精度已經成為影響人造金剛石質量和產量的最重要因素。因此，改進人造金剛石液壓機的調功控制方法以提高控制精度是非常必要的。

發明內容

本發明針對現有技術的不足與缺陷，提供一種基于遺傳算法優化的人造金剛石液壓機調功控制方法，增加了優化參數原則的靈活性，實現了實時準確地檢測加熱電壓、電流信號，并能迅速針對外電網的變化對加熱功率進行調節，提高合成塊加熱功率的控制精度，最終可以有效地提高人造金剛石單晶和其復合片的質量。

本發明的基于遺傳算法優化的人造金剛石液壓機調功控制方法，包括含有單片機、PLC或其他微處理器的主控器、變壓器和調功電路，將變壓器原邊經可控硅調壓器連接交流電源，控制中心經光耦隔離電路與可控硅調壓器連接，可控硅調壓器連接在變壓器的原邊電路中，與變壓器原邊連接的電壓檢測電路的輸出端和電流檢測電路的輸出端均連接與控制中心相連接的乘法器，同時也均直接連接控制中心，控制中心設置儲存加熱功率與時間關系的工藝參數和基于遺傳算法的調節比例積分參數的控制規則的存儲模塊、信號處理模塊以及比例積分微分控制模塊；

調功控制的步驟包含：

（01）首先根據需求提取實際生產過程中的工藝參數；

（02）根據優化需求對工藝參數進行預處理；

（03）根據獲得數據進行遺傳算法尋優運算；

（04）尋優結束，輸出優化結果，根據優化結果進行功率調節。

上述步驟（03）的具體過程包括：

A、設置初始化參數最大迭代次數、種群規模、交叉概率、變異率；

B、建立目標函數：

J=∫0T(w1|e(t)|+w2u2(t))dt+w3tr]]>