新型人造金刚石压机加热系统的设计.pdf

液气动与容封/2010年第2期
新型人造金刚石压机加热系统的设计
杜明何少佳杨文肖勇军
(桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林541004
摘要:设计一套新型金刚石压机交流加热系统、建立了加热系统的模型,详细阐述了恒平均电压、恒有效电压及恒功率三种加
热方式的特性及差别,在此基础上选择了恒有效电乐交流加热方式。深入分析系统脉冲控制环节和检测环节的原理及特点,采用
PI控制器作为控制核心,同时论述了该控制器的参数设计原理及步骤。仿真和实验结果表明,所设计的加热系统具有实时性强
控制精度高、动静态特性优良、易于实现等特点,能较好地满足金刚石生产工艺的要求。
关键词:金刚石压机;晶闸管;调功器PID
中图分类号:TP27
文献标识码:A
文章编号:1008-0813(2010)02-0022-05
Design of a Novel Heating System for Man-made Diamond Press Machine
DU Ming
HE SHAO-FIA
YAMG Wen
XIAO Yong-jun
School of Mechanical &Electrical, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China)
Abstract: A novel AC heating system for man-made diamond is introduced and the model of the heating system is established. Three types of
AC heating system, including constant power, Constant average voltage and constant root mean square(RMS)voltage AC heating system were
analyzed. Finally, constant root mean square(RMS voltage AC heating system was adopted. The principle and characteristics of the pulse
control and detection part were analyzed in depth. The PI controller was used as the control core; meanwhile the principle and steps for
con roller parameter setting were discussed. Simulation and experiment results show that the suggested heating syster has characteristics of
good real -time capability, high contro precision, favorable dynamic and static behaviors as well as easy realization. It can well meats the
chnical requirements of diamond synthesizing.
Key Words: diamond press; thyristor; power regulator; PID
金刚石作为一种重要的工业用原材料,其应用范流加热又分为恒平均电压、恒有效电压和恒功率三种
围几乎渗透到社会生产的各个领域,特别是近儿年随加热方式。常用控制器有模拟或数字PID控制器。基
着国内外工业、采矿和建筑行业的飞速发展,对金刚于微机或者单片机的数字化控制方法,存在量化误差
石的需求更是与日俱增
和截断误差,实时性差,难以满足高精度的控制要
金刚石压机是生产人造金刚石的专用设备,它通求,故采用模拟电路设计控制系统为宜。实验和仿真
过高温高压和催化剂的作用使石墨转化为金刚石。生结果表明,所设计加热系统在响应速度、稳定性、控
产实践表明,压力和温度是影响人造金刚石产量及质制精度等方面都达到非常令人满意的效果。
量的关键性因素。压力影响成型,即影响产量,而温
度则主要影响质量。不同吨位的压机对温度要求不1交流加热方式的选择
样,在合成金刚石单晶的时候,温度一般在1300℃~
恒平均电压、恒有效电压和恒功率三种交流加热
1500℃之间。采用在合成腔内部加热的方法,让大电方式从某种意义上说都可以实现对温度的控制,但是
流通过高压腔内的合成块,使其自身产生焦耳热来提不同的控制方式在控制精度上有着较大的区别
供高温。因合成腔是一个高压密闭的腔体,所以腔1.1恒功率交流加热方式
内的实际温度很难直接测量。目前大部分生产商都是
恒功率交流加热方式应用负载电压和电流有效值
通过控制加热功率的方法来控制温度。加热方式有直的乘积作为控制系统的反馈,它的受控对象是负载的
流加热和交流加热两种,直流加热稳定性非常好,控加热功率。当负载随温度变化时,触发角@在控制器
制筒单,易于生产大颗粒金刚石单晶,但这种加热方的作用下会做出适当的调整,从而保证加热功率的稳
式相比交流加热方式而言,成本要高很多,因此,国定,因此,加热过程中功率不受负载电阻変化的影
内压机主要采用交流加热系统而非直流加热系统。交响。系统的稳态温度与加热功率成线性关系,即
收稿日期:2009-07-27
式中T一一为初始温度;
作者简介:杜明,男,江西安远人,硕士研究生.主要研究方向为智
K一为加热常数;
能控制。
P一为加热功率