论文部分内容阅读
微波加热被认为是科学研究历史上的重要发现,在食品加工、陶瓷烧结、金属冶炼、废物处理和肿瘤治疗等生产生活领域得到了广泛应用,为社会带来了巨大效益。但是其存在的媒质加热均匀性,局部热点和热失控等问题仍然是制约微波加热进一步发展的重要难题。特别是在工业应用中,微波加热设备因功率原因通常具有多个微波源馈口,因此,对多馈口微波加热设备进行热性能分析以及媒质过程温度实施精确高效的反馈控制有着重要意义。微波加热技术属于交叉学科,涉及微波电磁场、加热媒质温度场、材料特性分析以及基于自控原理的控制系统设计。本文针对一个高功率多馈口微波加热装置的加热均匀性及温度控制问题进行研究,主要研究内容包括:装置热性能数值仿真、控制系统设计、系统简化模型辨识及ANFIS控制策略仿真和实验分析。首先,在装置的热性能分析部分。基于COMSOL构建了1/2全尺寸有限元模型,并通过实验进行了验证,证明了模型的有效性。在此验证模型的基础上分析了馈口数量对媒质加热均匀性的改善效果及局部测温点的温升特性,并且局部测温点的温升特性亦通过实验进行了验证。其次,设计多馈口微波加热过程温度控制系统及组态人机交互界面,并基于自回归历遍(ARX)模型辨识了系统黑盒模型,获得系统简化传递函数。最后,在ANFIS控制策略仿真和实验分析部分。基于系统简化传递函数,仿真对比分析Bang-Bang、PID、模糊PID和ANFIS四种控制策略的微波加热温度控制性能。并基于OPC通信,通过MATLAB联合PLC实现了ANFIS温度控制器的设计,进一步通过实验对比Bang-Bang、PID及模糊PID,验证了ANFIS对媒质测温点温度的控制性能。仿真和实验结果表明,在四种控制策略中,ANFIS具有响应快,控制精度高等特点,因此具有较好的工程实用价值。通过本文的研究有利于了解多馈口对媒质加热均匀性的改善,并对推动多馈口微波加热装置的广泛应用提供了重要帮助。