基于网格划分策略的微波功率的实时控制

根据媒质在微波加热中的介电特性、温度、吸收功率随时间而变化的特点,使用基于网格划分策略对温度和吸收功率建立目标函数,从而对微波功率进行多目标优化控制。对目标函数中不同参数取值下的微波功率进行了分析与对比。对于微波加热过程中的热失控现象,通过设定单温度阈值来进行检测,然后进行功率调整,使媒质温度最终稳定在预期的稳态温度。经过网格划分策略优化后,有助于提高微波加热效率和控制热失控现象。     

基于动网格的微波加热温度均匀性数值计算方法

微波加热过程中物料内部温度的均匀性一直是研究的热点问题.针对“热失控”现象产生的机理,从微波传输线出发,根据广义传输线理论,利用传输线上电压和电流的分布关系推导出微波谐振腔内电磁场幅值与相位间的关系,在此基础上,提出一种微波加热运动状态物料的数值计算模型.该模型采用动网格技术跟踪求解域边界的变化量,分别针对求解域内部及其边界处网格移动变形给出控制函数,不仅可解决微波加热数值计算过程中由于求解域网格的移动导致的网格交叉缠绕问题,还可在满足计算精度的前提下,有效地减少网格节点移动的计算.数值计算结果表明,微波加热处于运动状态下物料的温度均匀性优于微波加热静止状态下物料的温度均匀性,且所提出的微波加热运动状态物料计算模型具有可行性和有效性.微波应用器装置加热活性炭球团的实验结果也表明,所提出的方法能有效抑制微波加热温度的突变.     

MATLAB软件对微波场中磷石膏温度变化影响因素的研究

磷石膏加热时间的不确定性问题制约了磷石膏的研究与利用,本文对磷石膏的处理采用微波加热的方法,并通过MATLAB曲线拟合技术对实验数据进行拟合,得到磷石膏在微波加热期间和冷却过程中时间与磷石膏温度的关系曲线,同时得到曲线方程表达式。磷石膏时间与温度曲线出现了若干基点,本文分析了其变化的原因,解决了磷石膏温度及加热时间确定性问题。结果表明在微波加热初期,磷石膏温度与时间呈分段线性关系,这主要取决于磷石膏的介电常数;而在冷却过程中,磷石膏温度与时间呈二次线性关系,这主要取决于磷石膏的导热系数。利用所得函数可以得出磷石膏加热所需时间,同时利用所得加热时间也能推算磷石膏加热最高温度。     

微波加热钛精矿试验建模及温度控制器设计

微波加热物料是一个复杂的过程。在加热的过程中,物料温度会受到介质物理参量的温变等因素的影响。通过开展微波加热钛精矿试验,获取试验数据,并得到飞升曲线;结合Cohn Coon公式和温控对象的特点,建立微波加热钛精矿的对象模型。在此模型的基础上,分别采用经典PID和Smith预估两种控制策略,对微波加热过程中的温度进行控制;利用Matlab环境下的Simulink工具,对两种控制过程进行仿真分析研究,并对其结果进行比较分析。分析结果表明,经典PID策略有明显局限。它对具有大时滞、非线性、时变性,以及不确定性等复杂性特征的系统(微波加热等)的控制效果不理想。而采用具有鲁棒性的Smith预估策略,能够极大程度地减小微波加热过程中的超调量,使控制性能得到提升。     

基于一致性算法的多模式搅拌器微波加热系统温度均匀性优化

微波加热的内部传热方式及热点的随机分布特性导致采用常规测量方法难以获得温度的准确信息,在改进机械设计的研究中,螺旋辐射单模式搅拌器微波加热系统能够改善温度分布的均匀性.在单模式搅拌器的基础上,进一步探索具有多个模式搅拌器的微波加热系统的温度均匀性及其计算问题;同时,由于微波加热过程中多物理场的深度耦合及边界条件的时变特性,如何协同模式搅拌器的状态特征与有效计算温度场,开展温度均匀性的优化处理成为关注的重点.为此,应用一致性算法表达模式搅拌器的状态信息,对温度场分布的均匀性进行优化计算.一方面通过一致性算法将加热空间电磁场边界条件的时变性用编队队形表征,组合模式搅拌器的位置状态信息表达编队队形的变换;另一方面由整型变量与连续型变量混合的优化问题构建温度有限元模型,并对温度场的均匀分布优化解开展有效计算.数值计算结果验证了所提出一致性算法及其计算方法对微波加热温度均匀性的优化是可行和高效的.     

基于新型广义离散趋近律的微波加热温度控制

微波加热固体介质是一个介质物理参数变化和温度动态响应的复杂过程。对此,设计了一种新的微波加热系统控制策略。首先,结合双源微波加热系统模型,设计了一种能快速收敛的广义离散趋近律,并证明了趋近律能改善系统的动态性能。然后,基于该趋近律,结合干扰观测器设计了一种滑模控制算法。之后,在内部热传导损耗和外部扰动作用下,基于该滑模控制算法设计微波加热温度控制器。接着,在控制器的作用下,分析了系统在误差收敛时间、抑制扰动、消除抖振等方面的动态性能。最后,结合仿真实例说明了所提控制策略具有更高的控制精度、更短的收敛时间。     

基于PSO-BP神经网络的微波加热温度预测研究

针对微波加热物料难以建立准确模型的问题,采用粒子群算法优化BP神经网络后,对微波加热物料的温度变化构建系统模型。在该模型上,对温度的变化趋势进行预测。实验结果表明,经过粒子群算法优化后的BP网络,具有更高的精度,预测能力显著提高。     

基于空间基函数优化组合的微波加热温度分布数值求解

针对微波加热是一个多物理场各自演变及相互耦合的过程,无法直接求得媒质温度分布偏微分方程(PDE)解析解的问题,本文提出一种快速及准确求解微波加热温度分布的新方法.首先,本文在无限维PDE降维到有限维ODE温度模型的基础上,分析了ODE温度模型阶次选择与温度分布求解精度量化关系.其次,通过自适应变异粒子群算法(AMPSO)优化误差函数近似得到最优的空间基函数转换矩阵,利用该矩阵将空间基函数进行线性优化组合,进一步降低ODE模型阶数,进而使得在一定误差范围内可以更快速的求解微波加热过程中媒质的温度分布.再次,通过数值仿真实验证明,温度分布求解误差主要产生于模型阶次的选择,且优化后的低维ODE模型的温度分布精度相对误差控制在1.64%以内,求解速度提升72.2%.最后,使用多物理场耦合有限元方法求解微波加热PDE温度模型,进一步验证了优化后的低维ODE温度模型的准确性,充分验证了本文方法的有效性.     

德拜媒质微波加热过程的H∞保性能温度跟踪控制

德拜媒质微波加热过程中，由于介电常数具有随温度变化的特性，导致电磁场的空间分布将会产生巨大的变化.若缺乏合理的功率调控策略，将导致燃烧、爆炸等一系列热失控现象.针对上述问题，本文提出一种滚动时域H_∞保性能温度跟踪控制策略，以实现对监测位置的最高温度进行控制.基于微波加热德拜媒质的机理模型，同时考虑跟踪系统稳定性、动态性能和输入约束，以H_∞增益和保性能函数作为性能指标，本文将温度跟踪问题转化为线性矩阵不等式（Linear matrix inequality，LMI）多目标优化问题，使得系统动态性能达到最优.最后以德拜媒质微波加热短波导模型为例，对所提出方法的有效性进行仿真验证.     

微波加热与微波电子管

本文企图把微波加热以及所用的微波电子管向读者们作一简单的介绍。首先叙述了人们对加热的各种方法发展的认识过程,讨论了高频加热以至微波加热的原理及其一些特点。介绍了微波加热器的基本结构型式。对微波加热和其它各种加热方法作了比较,讨论了微波辐射的问题,介绍了微波加热在工农业产品、食品和其它方面的应用。讨论了微波加热对电子管的要求。特别着重叙述连续波磁控管设计上一些问题的考虑。文中最后提出了为了发展微波加热技术,在自前需要进一步研究和解决的问题。     

Characteristics of heating process in microwave applicators with elements in periodic motion

Moving elements have been widely used in microwave applicators to improve heating uniformity. However, elements in periodic motion can lead to temperature oscillations in the process of heating. In this case, the processed samples are difficult to reach target temperature and the control system may also become unstable. Aiming at overcoming these problems, we investigate the temperature response of the heating process in microwave applicators with elements in periodical motion in this article. By modeling periodical motion as a periodical heat source, the temperature characteristics can be obtained by solving the heat transfer equation with eigenfunction expansions. The results show that the amplitude of temperature oscillations decreases with angular velocity of the element's motion, which is verified by experiments. It means that temperature oscillations can be reduced by increasing the element's velocity, which is helpful to improve the heating performance in microwave applicators.     

一种微波干燥控制系统的设计

设计了一种适用于果蔬等农产品微波干燥的反馈控制系统。详细论述了系统的实现原理及其功能模块,重点介绍了微波干燥单元、温度与功率控制单元、重量检测单元和上位机控制单元的设计思路和实现方法。应用纯净水加热实验对改造后的家用微波炉的输出功率进行标定,基于实验数据建立了微波功率与控制电压间的数学模型。以生姜为样本开展恒温干燥实验,结果表明本系统可实时记录温度、重量等数据,基于温度反馈控制能实现微波功率的连续、无级调节。     

基于一致性理论的多源微波加热温度均匀性优化

在使用多微波源阵列进行空间功率合成的微波应用装置时,如何协同多微波源馈入功率的状态信息以利用温度分布的自组织特性优化温度均匀性是研究的重点.为此,一方面,提出微波源构成智能体的必要要素,并构建技术方案.在此基础上,引入基于代数图论的二阶非全连接通信拓扑一致性算法协同多微波源的功率馈入状态信息,保证在利用自组织特性优化温度分布的过程中不会有新的热点产生;另一方面,使用有限元方法,构建解决整型变量和连续型变量混合优化的数值计算模型,开展优化温度场分布均匀性的有效计算.最后通过仿真实验验证微波源智能体化方案的有效性,数值计算结果表明:所提模型较通用加热模型在各水平和铅垂截面能够分别提升24.3%～55.5%和20.4%～82.9%的均匀性;同时能提升10.0%～43.7%的热能转化效率.以上结果验证了所提基于一致性理论的多源微波加热温度均匀性优化方法是可行且高效的.     

Temperature control of tissue by transient-induced-microwaves

A distributed optimal control problem for a system described by the bio-heat conduction equation for a plane slab of tissue is considered such that at the end of heating there is a constant rise of tissue temperature, after the least possible time, due to internal heat sources induced by microwave radiation. The microwave radiation power is taken as the control. A numerical calculation is performed to obtain the time periods during which certain fixed microwave powers are operative for typical tissues.     

Accordion microwave oven for uniformity and efficiency heating

Conventional microwave oven heating has the problem of poor heating uniformity and low heating efficiency. A novel microwave oven heating model has been proposed for improving heating uniformity by making the electric field in the microwave oven drastically change by changing the geometry of the microwave oven during the heating process. The transformation optics method is used to solve the computational difficulties caused by the continuous change of the mesh during the motion. Finally, the experiment verified the correctness of the simulation. In addition, important factors affecting heating efficiency were discussed.     

FBG温度传感器在微波场的应用

微波作为一种新型热源已被广泛用于化学研究、食品加工、医疗仪器以及材料热处理等行业中,发展极为迅速。在这些应用中,温度显然是个重要的参数,但处于强电磁场的环境下,在微波场中温度的测量依然是一个技术难题。阐述了光纤光栅温度传感器的原理,以及分析了光纤光栅温度传感器在微波场中测温的前景及应用。     

Online genetic-ANFIS temperature control for advanced microwave biodiesel reactor

Biofuels, such as biodiesel, are good for the environment because they add fewer emissions to the atmosphere than petroleum-based fuel. Conventional biodiesel processes are mainly based on use of high power thermal heating to produce biodiesel from pure or waste feedstock such as virgin vegetable oils or waste cooking oils. The development of a novel continuous microwave biodiesel reactor for the conversion of waste oil and fats into biodiesel is reported. This process has the capability to enhance the production of biodiesel in a very short time as compared with conventional methods that require lengthy hours and days. Real time monitoring and control process in microwave biodiesel reactor is necessary to adjust the applied power of microwave reactor under different perturbations for the process temperature control, and full system real time monitoring. The paper focuses on an artificial intelligence technique to design online genetic-ANFIS temperature control based on LabVIEW. The designed controller was compared with error-based Adaptive controller to explore the robustness of the proposed controller in nonlinear real time application.