[發明專利]工業用微波源分層混合智能控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201310450711.4
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN103533691A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 梁山;袁宇鵬;熊慶宇;劉飛;鐘佳岐;王智慧;甘少君
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H05B6/68
• 分類號: H05B6/68
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

技術領域

本發明涉及微波源控制技術領域，尤其涉及一種工業用微波源的控制系統及控制方法。

背景技術

微波是指頻率在300MHz至300GHz之間的電磁波(自由空間波長在1mm至1m之間)。目前，人們生活、工業生產等場合均逐漸采用微波能作為一種新的加熱手段。工業應用中一般采用大功率微波源獲得微波能，通過對多個磁控管輸出功率進行合成是實現大功率微波源的一種有效方法。微波能工業應用中的兩個關鍵核心問題是高效和安全。微波加熱過程中，在大功率微波作用下，由于被加熱媒質的介電特性隨溫度和時間劇烈變化，可能燒毀工業媒質，甚至引發爆炸；進一步，由于被加熱媒質因介電特性變化而對微波的吸收和反射也隨之急劇變化，影響微波功率的高效安全利用，甚至導致過多微波反射而損壞微波源。微波能的高效安全應用涉及微波源、反應器和被加熱媒質有機連接的全流程，具有多變量、非線性、時延、動態特性隨媒質變化等綜合復雜性。

當前，微波加熱過程中實時控制的難點在于，媒質溫度同微波源輸出功率存在非線性關系，媒質溫度同加熱時間存在非線性關系，因此微波功率、媒質溫度、加熱時間三者之間存在著相互關聯的非線性關系，三者間的非線性關系很難通過精確的數學模型進行表示。同時由于當前對于微波加熱過程僅能通過有限的檢測手段獲得被加熱媒質的局部溫度等數據、有限的微波源運行信息，因此需要采用智能控制方法來滿足工業微波加熱過程的安全與高效的要求。

當前，已有的工業微波加熱過程控制方法主要有微波源開關控制、通過離線數據優化工藝條件的離線控制、基于PID的功率密度實時控制、基于PID、遺傳算法、模糊算法、自適應理論等的被加熱媒質溫度恒定實時控制等，但這些控制方法均存在著實時性不強、未考慮被加熱媒質介電特性變化等的缺點。如中國專利“微波加熱爐的溫度控制方法、系統和微波加熱爐”(201210278683.8)提到分段采集微波加熱爐內溫度，進行PID控制；中國專利“基于增量改進BP神經網絡的微波干燥PID控制方法”(201010575031.1)提到采用增量改進BP神經網絡在線整定微波干燥系統中PID控制參數；中國專利“微波加熱系統及微波加熱方法”（201210056642.4）將微波加熱過程分成兩個獨立的階段，兩個階段微波功率不同，被加熱媒質溫度也不同，從而滿足較復雜工藝過程。

隨著微波加熱技術的發展，簡單的微波功率控制和溫度控制已經不能滿足微波加熱過程的要求，因此亟需開發一種工業用微波源分層混合智能控制系統和控制方法，保證新型大功率微波源安全運行的控制目標，根據媒質對微波的影響和媒質溫度梯度自適應調控微波的輸出功率，以實現微波能的高效應用。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種工業用微波源分層混合智能控制系統，能保證新型大功率微波源安全運行的控制目標，并實現微波能的高效應用。

本發明通過以下技術手段解決上述技術問題：

工業用微波源分層混合智能控制系統，包括：

感知層子系統，用于對微波源和被加熱媒質的狀態進行檢測；

計算層子系統，用于在加熱前，對微波源進行參數設置，并在加熱過程中，根據感知層子系統獲取的微波源和加熱媒質狀態數據，進行知識提取和信息處理；

優化層子系統,對于計算層處理后的數據進行數據融合,并根據融合后的數據實時配置工業微波源的調節方案；

安全層子系統，根據優化層子系統獲得的調節方案，對工業微波源進行實時的功率控制。

進一步，所述感知層子系統，對被加熱媒質的溫度進行實時檢測；對于微波源的入射微波功率、反射微波功率、陰極高壓、陽極電流、設定微波功率、電源功率進行實時檢測。

進一步，所述感知層子系統還根據被加熱媒質的熱質遷移模型，對被加熱媒質的吸收功率、冷點熱點進行預測。

進一步，所述計算層子系統根據感知層子系統獲得的檢測、預測數據中的被加熱媒質，獲得溫升速率、未來溫度變化的溫度指標；

根據感知層子系統檢測的微波源數據，得到能量利用率、入射反射功率關系功率指標。

進一步，所述優化層子系統，針對溫度指標、功率指標中超出或不足的差值，進行數據融合，得到總體目標評價函數，根據總體目標評價函數實時配置工業微波源的調節方案。

進一步，所述計算層子系統在加熱前，對微波源進行加熱媒質類型、初始功率值、預期溫升曲線、期望能量利用率的參數設置。

本發明還提供一種工業用微波源分層混合智能控制方法，包括如下步驟：

1）設置微波源運行參數，開始工業微波加熱過程。