[发明专利]一种提高微波加热均匀性的自切换控制方法、系统

说明书

本发明公开了一种提高微波加热均匀性的自切换控制方法、系统。方法包括：步骤1：依据确定的控制量和被控制量建立微波加热自切换系统数学模型；步骤2：确定控制量与被控制量之间的关系；步骤3：根据被控制量与期望温度之间的偏差进行控制量的选择，确定控制量作用的平均驻留时间，使物料实时温度变化；重复，使物料实时温度达到期望温度，结束。本发明充分考虑了物料加热过程中物料温度均匀性的同时，有效避免热失控的发生。

技术领域

本发明涉及一种提高微波加热均匀性的自切换控制方法、系统，属于高频微波加热领域。

背景技术

微波作为新型能源，因为其具有即时性、高效性等优点，成为了国内外的研究热点并成立了微波学术组织。目前，微波加热在低温和高温加热过程中已经验证其应用前景。在冶金行业，由于微波加热速度比传统加热更快，加热效率更高，从而得到了广泛的应用。也正是因为微波加热加热速度更快，从而加热过程中热失控现象也更容易发生，加热过程中物料的温度均匀性也较难实现。例如为了避免热失控的发生，部分研究学者对输入功率进行定量控制研究；为了使被加热物料的温度更加均匀，研究者对物料摆放的位置进行了比较，或是在谐振腔内加入模式搅拌器等使得物料加热更加均匀。但是，目前缺少同时研究微波加热过程中如何避免热失控的的发生以及物料温度均匀性的课题。

发明内容

本发明提供了一种提高微波加热均匀性的自切换控制方法、系统，通过给出微波加热自切换系统数学模型，根据被控制量与期望温度之间的偏差对控制量的进行选择，并对平均驻留时间进行计算说明，根据所得微波输入功率以及相应的平均驻留时间，微波源进行自切换操作，使得物料在n个微波源作用下均匀加热至期望温度。

本发明的技术方案是：一种提高微波加热均匀性的自切换控制方法，包括：

步骤1：依据确定的控制量和被控制量建立微波加热自切换系统数学模型；

步骤2：确定控制量与被控制量之间的关系；

步骤3：根据被控制量与期望温度之间的偏差进行控制量的选择，确定控制量作用的平均驻留时间，使物料实时温度变化；重复，使物料实时温度达到期望温度，结束。

所述步骤1，包括：

确定控制量是微波输入功率，被控制量是加热物料的实时温度；

建立微波加热自切换系统数学模型如下所示：

式中：为T(t)的一阶导数，表示物料在t时刻的温升速率；T(t)＝[T₁(t) T₂(t)… T_n(t)]^T∈Rⁿ表示加热物料的实时温度向量，T表示转置，Rⁿ表示维度为n，T_n(t)表示第n个微波源的实时温度状态；A＝(a_ij)∈R^n×n和C＝(c_ij)∈R^n×n是常矩阵，R^n×n是n×n的方阵，a_ij表示常矩阵A中第i行第j列的元素，c_ij表示常矩阵C中第i行第j列的元素；y(t)表示微波加热自切换系统输出；非线性函数f(t)由系统内非线性部分组成；u(t)是外部输入，形如式(2)：

u(t)＝BP(t)，t_k-1≤t＜t_k-1+τ_d (2)

式中：B＝(b_ij)∈R^n×n是常矩阵，b_ij表示常矩阵B中第i行第j列的元素；P(t)是微波输入功率，τ_d是平均驻留时间；t_k-1表示全部m个时间段内第k-1个时间段内的结束时刻。

所述控制量与被控制量之间的关系，如式(3)所示：