一种提高微波加热均匀性的自切换控制方法、系统

技术特征：
1.一种提高微波加热均匀性的自切换控制方法，其特征在于：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。2.根据权利要求1所述的提高微波加热均匀性的自切换控制方法，其特征在于：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
∈r
n
表示加热物料的实时温度向量，t表示转置，r
n
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。3.根据权利要求1所述的提高微波加热均匀性的自切换控制方法，其特征在于：所述控制量与被控制量之间的关系，如式(3)所示：其中，控制量是微波输入功率，被控制量是加热物料的实时温度：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
∈r
n
表示加热物料的实时温度向量，t表示转置，r
n
表示维度为n，t
n
(t)表示第n个微波源的温度状态；a＝(a
ij
)∈r
n
×
n
是常矩阵，r
n
×
n
表示n
×
n的方阵，a
ij
表示常矩阵a中第i行第j列的元素；非线性函数f(t)由系统内非线性部分组成；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
表示平均驻留时间；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；公式(3)表示微波输入功率p(t)在τ
d
时间段内作用。4.根据权利要求3所述的提高微波加热均匀性的自切换控制方法，其特征在于：所述温升速率的下限为-2℃/s，上限为20℃/s。5.根据权利要求1所述的提高微波加热均匀性的自切换控制方法，其特征在于：所述确定控制量作用的平均驻留时间，包括：步骤3-1：选择lyapunov函数为：v(t(t))＝t
t
(t)qt(t)；其中，q为正定矩阵，v(t(t))表示以加热物料的实时温度向量为变量的lyapunov函数，t(t)表示加热物料的实时温度向量；步骤3-2：利用lyapunov第二法证明微波加热自切换系统数学模型稳定：
式中，g是包含矩阵a、b、q和微波输入功率p(t)的非负常值；a、b表示微波加热自切换系统数学模型中的常矩阵；步骤3-3：对步骤3-2进行积分，获得微波加热自切换系统的全局指数稳定性条件的公式：式中，s是指数收敛率；公式(5)进一步表示为：式中，指标σ(t
k
)代表切换率，是分段常函数，决定着系统的动态行为；表示以切换率σ(t0)对应的加热物料的实时温度向量为变量的lyapunov函数；是第k个时间段内的切换次数，m表示整个系统划分为m个时间段，μ
k
是严格大于1的常数；表示第k个时间段对应的非负常值；θ
k
(t
k
,t0)表示初始时刻t0至t
k
这个时间段，t
k
表示第k个时间段的结束时刻；初始时刻t0取为0；步骤3-4：根据步骤3-3，进一步将切换次数用n
σ(t)
(t
k-1
,t
k
)替代；使用切换率σ(t)在时间段(t
k-1
,t
k
)内控制微波加热自切换系统并满足下述不等式：式中，n
σ(t)
(t
k-1
,t
k
)为在时间段(t
k-1
,t
k
)内的切换次数，t
k-1
表示第k-1个时间段的结束时刻，即第k个时间段的开始时刻；n
0k
为颤抖界，一般取0；步骤3-5：将公式(6)、(7)代入公式(5)，控制指数收敛率s严格小于0，获得平均驻留时间τ
d
：6.一种提高微波加热均匀性的自切换控制系统，其特征在于：包括：建立模块，用于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；第一确定模块，用于确定控制量与被控制量之间的关系；第二确定模块，用于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。7.一种处理器，其特征在于：所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1-5中任意一项所述的提高微波加热均匀性的自切换控制方法。8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1-5中任意一项所述的提高微波加热均匀性的自切换控制方法。

技术总结
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。免热失控的发生。免热失控的发生。


技术研发人员：杨彪 肖青云 成宬 金怀平 王彬 胡蓉 朱荣 钱斌
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2022.04.01
技术公布日：2022/6/28