[发明专利]基于分段离散趋近律的微波加热温度跟踪控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于分段离散趋近律的微波加热温度跟踪控制方法及系统，属于微波加热领域。本发明依据基于热力学第一定律在一维方向上的德拜媒质微波加热过程的数学模型建立滑模函数、与准滑模控制结合的离散趋近律，得到了控制律；本发明通过把期望温度与实际温度的误差设为滑模面，通过该控制律实现了微波加热过程的温度跟踪控制，且本发明能更快地到达滑模面，能够在准滑模带内保持稳定，具有较强的抗干扰能力，能够在防止热失控发生的条件下实现快速加热。

技术领域

本发明涉及一种基于分段离散趋近律的微波加热温度跟踪控制方法及系统，属于微波加热领域。

背景技术

微波加热作为一种高效清洁的加热手段，已经在冶金、化工、药品食品等方面有了广泛运用。但由于微波加热的过程是一个多变量、强耦合、无穷维、非线性的复杂系统，人们对其作用机理的了解也有限，加之受到传感器技术的限制，从而发生热失控现象，微波加热过程中的温度自动控制及如何防止热失控一直是广大研究人员的研究重点。传统的PID控制方法由于算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛用于工业过程控制。然而，该方法在实际应用中存在一定不足，如对于复杂的非线性系统，当系统内部参数发生变化或者受到来自外界的扰动时，系统的正常运行将受到较大的影响，采用PID控制无法满足高性能系统的要求，且PID控制过程需通过反复整定参数才能选取出较为理想的参数，增加了控制过程的复杂性。对于微波加热过程，由于系统具有时变性、非线性和强耦合性等特点，难以建立精确的数学模型，并且参数整定结果不佳。因此，采用传统的PID控制方法难以对微波加热系统进行精确控制。

发明内容

本发明提供了一种基于分段离散趋近律的微波加热温度跟踪控制方法及系统，以用于对微波加热过程的温度进行跟踪控制。

本发明的技术方案是：一种基于分段离散趋近律的微波加热温度跟踪控制方法，获得微波加热过程的数学模型；

依据微波加热过程的数学模型建立滑模函数；

设计符合离散到达条件的改进分段离散趋近律；

将符合离散到达条件的改进分段离散趋近律与准滑模控制结合，获得与准滑模控制结合的离散趋近律；

依据滑模函数、与准滑模控制结合的离散趋近律，获得控制律。

所述微波加热过程的数学模型，包括：

步骤1、微波加热过程的数学模型可由下述偏微分方程模型进行描述：

边界条件：

初始条件：

T(z,0)＝T₀(z)

其中，T＝T_(z,t)表示在t时刻z位置的温度；z＝0表示物料最左边，z＝L表示最右边；ρ、C_p和κ示媒质的密度、比热容及热导率；h_L和h_R表示在媒质边界的传热系数；T_∞为环境温度，T₀(z)表示0时刻z位置的温度，Q_av(z,t)为t时刻z位置的耗散功率；

步骤2、耗散功率Q_av(z,t)受微波频率f、相对介电损耗ε”(T)以及局部电场E的影响，能表示为：

Q_av(z,t)＝πf×ε₀ε”(T)×EE”

其中，ε₀是真空中的电导率；E”是局部电场的共轭复数；

步骤3、根据德拜媒质方程，随温度变化的复介电常数ε(T)可由下述一阶方程进行描述：