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《计算机在超硬材料中的应用 抛光技术应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、微机在超硬材料制造过程中的应用吕秀华高飞刘红(长春光学精密机械学院计算机科学系)摘要本文介绍了金刚石制造过程中,温度、压力检测和控制的徽机系统以及软、硬件设计原理及特.点。关键词金刚石;金刚石制造;温度测量金刚石的生产是对石墨加温、加压的过程,当温度达到1400℃,压力达到5.5万个大气压时,石墨就变成了金刚石。在制造过程中温度和压力的测控显得尤为重要。本文用PC机实现了金刚石制造过程中温度和压力的测控,其中温度测控是通过功率测控实现的。这样即保证了温度测控的精度,又降低了高温测量的成本。系统的控制模块采用了增量式PID控制算法,控制效率良好。1系统硬件设计1.1液压机工作原理本系统采用的液
2、压机具有六个压锤,分别对样品的六个面施加压力。样品是一正方体大石块,其中间掏空放入一块石墨,通过两个压锤给其加电,在加电过程中石墨不断地释放热量,同时,压锤开始加压,压力达到一定强度后,就会不断地将石头挤碎,碎石沫被挤进各压锤的缝隙间使其达到封闭,此时功率全部转换为热量,然后继续加大压力,并加大功率(加温),当温度达到140。℃,压力达到5.5万个大气压时,剩余的石墨就转变成了金刚石。1.2总体框图本测控系统总体框图如图1所示,主要由PC机、接口箱和传感器模拟电路等部分组成,完成数字采集、温度控制和压力控制的功能。l)压力测控压力的信号由压力传感器提供,测得的信号通过A/D转换形成12位数字
3、量,然后和理论值相比较,经PID调节形成控制量输出。该控制量通过D/A转换变成模拟量,再经过放大去控制电机的速度,从而实现压力的测控。2)温度测控金刚石生产过程中的温度可达1400℃,若直接测量,只能使用双铂锗(白金)热电藕,当收稿日期:1997一05一28这种热电藕完成对1400℃的高温测试后便融化了,即只能一次性使用,因此测量成本十分昂贵,因为压机内部热量的产生源于功率,所以温度测控可归结为功率测控的问题。功率测控过程与压力测控的不同之处在于功率不是直接测得,而是先测得电流和电压,再求功率,然后采用增量式PID算法计算出控制量,输出控制可控硅的导通角,从而实现温度的控制。2系统软件设计本
4、系统软件全部采用C语言编写,采用模块化结构,主框图如图2所示各模块功能如下:2.1数据文件模块该模块是为理论值的输入而设计的,它实际上是一编辑器。使用该编辑器可完成数据的输入、修改、删除、追加、显示和打印等功能。2.2自动测控模块完成实时检测及回控功能。该模块能实时地动态显示实测曲线、理论曲线,实测数据及理论数据,并能测试相对时间2.3图象操作可完成对实测图象及理论图象的存储、打印及恢复显示等功能。2.4软件设计特点1)该系统是在西文DOS下实现的汉字显示,不同于CCDOS下的汉字显示,它是根据机内码的形成,即根据机内码高字节一区码+aoh机内码低字节一区码+aoh从而根据机内码来得到待显示
5、字符的区码,然后进一步算出该字模在内存所占的地址,从而取得其点阵代码逐个输出显示,设机内码为qq~,若将字符的字模称为记录,则记录rec~(qq一oxal),94+(~一。xal)L一二ec,321得该字模在内存的起始地址,然后逐个字读出并显示点阵信息。这样便可以西文状态下直接通过字模的点阵信息来实现汉字显示。2)自动测控模块整个功率,压力的控制是在程序的控制下完成的,采样周期是十秒。功率压力变化的理论值事先由操作人员通过键盘设定,当CPU向A/D转换器发出采样信号后,进行采样和转换,系统处于压力、功率控制状态时,根据功率、压力差值的大小,确定计算机的输出控制量,为了提高控制效果,采用增量式
6、PID进行调节,为了提高可靠性和消除各种干扰,程序中加入了数字滤波,即每次连续采样六次,去掉最高及最低值,其余四值求平均值为最后采样值。增量式PID算法如下〔‘〕:乙u‘~P(山‘+Ie‘+D乙Ze‘)u‘=u‘+,+△u‘其中ei~理论值一实测值;山‘~e‘一e‘一(山。~0);公2价=山‘一山卜l(△Ze‘一。);u‘一输出控制量(u。~设定值);P为比例系数;I为积分系数;D为微分系数。采用增量式尸ID算法进行输出量的调节,P、I、D参数的选择甚为重要,本系统采用的是实验凑试法选择的尸、I、D参数值,即首先按经验值设定一组尸、I、D值,然后根据实际控制效果以及以往调试经验,不断修改尸、
7、I、D各参数值,最后选择一组控制效果最好的尸、I、D参数值,本系统最终选择的参数是:功率控制尸、I、D参数值是尸w一2.5;Iw一0.1;工派刀~2,压力控制尸、I、D参数值是PP~1.8;IP~0.005;场一。即只采用pl调节。3结束语l)该系统采用对功率的测控来取代对温度的测控,即达到了测温的目的,又降低了成本。2)实现了在西文DOS下汉字的显示。3)经过实际调试,选定了比较理想的比例参数P和积分参数I
