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.     

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.     

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.     

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。     

基于网格划分策略的连续域改进蚁群算法

针对连续空间函数优化问题,提出一种基于网格划分策略的改进蚁群算法。算法使用一种特殊的信息素更新策略,使得更新信息素时不需要使用解的具体目标函数值,从而降低了目标函数值差异化给算法性能带来的不利影响,并且网格点上的信息素可以直接作为构建解过程中的转移概率。对几种典型的连续函数优化问题进行了测试,实验结果表明所提出算法具有很强的搜索能力。     

基于神经网络参数优化的热失控状态温度预测研究

为提高夹杂热失控现象的微波干燥褐煤过程中神经网络预测温度精度,提出一种基于二次滤波及粒子群寻优的神经网络参数优化算法。该方法先引入小波分析对训练数据进行软阈值滤波处理,使温度数据在描述变化趋势的同时突出非平稳特征,而后使用粒子群算法寻找该趋势特征对应的神经网络最优的隐层节点数、学习率及最佳训练次数的组合,最后在预测中使用前向均值阈值滤波处理输入数据配合该最优网络进行预测。实验结果表明,该方法能同时提高热失控和非热失控状态下温度预测精度,使预测平均绝对误差下降59.2%。     

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Fuzzy调整的电机线圈压型机温度控制系统

提出了一种用Fuzzy控制调整分析技术，实现温度参量的补偿及其非线性校正的方法。该方法通过对电机压型机的设定温度参量与加热工件温度输出值的Fuzzy控制调整，有效地解决了压型机加热电源在工件加热过程中的功率输出不稳定和加热温度不均匀现象。结果分析表明，该方法是切实有效和可行的。     

微波加热装置的功率控制

本文介绍了一种由MCS－8031单片机和Intel8253可编程计时器等芯片构砀调宽型功率控制器，可用于微波加热装置的连续调动，特别是对物多馈源微波加热装置可以在软件支持下方便的实现微波源的优化控制。     

基于占空比优化的STATCOM预测功率控制策略

将基于占空比优化的预测功率控制（Predictive Power Control,PPC）策略应用于静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator,STATCOM）中,来解决传统直接功率控制（Direct Power Control,DPC）策略中存在的功率脉动过大、开关频率不固定等问题。在分析STATCOM基本结构的基础上,结合实际数字处理系统离散运行的特点,推导出STATCOM系统的功率预测方程,并详细地分析了造成系统功率脉动过大现象的本质原因。根据查找表（Look Up Table,LUT）得到消除系统功率误差最优的电压矢量后,采用占空比优化的方式对该电压矢量进行幅值修正,构建了一个使k+1采样点功率跟踪误差最小为目标的占空比求取函数。基于多CPU的控制平台进行了STATCOM系统样机实验,实验结果表明所提PPC策略有效地抑制系统的功率脉动、恒定系统的开关频率,同时其保留了传统DPC策略高动态响应的优异特性。