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.     

微波加热固体颗粒类矿物的过程控制分析

通过微波加热钛精矿实验,结合实验数据,利用两点法得到微波加热钛精矿的数学模型.依据确立的系统模型,分别采用传统PID控制和大林算法两种控制策略进行温度控制,并利用MATLAB中的SIMULINK工具进行了大量仿真实验.仿真结果表明,在非线性、大时滞和参数时变的控制系统中,大林算法控制能获得较好的稳态精度和动态特性,使系...     

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.