基于粒子群优化算法的神经网络微波加热系统辨识和控制

《基于粒子群优化算法的神经网络微波加热系统辨识和控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、重庆大学硕士学位论文1绪论1绪论1.1微波加热技术简介1.1.1微波的基本概念[4]微波是指频率为300M-300GHz，波长为1mm-1m的电磁波。微波开始主要应用于通讯、雷达、气象等方面，随着微波热效应的研究，微波在家庭和工业加热方面得到很好的应用。为以防干扰，国家对频率的应用作了具体规定，商业和工业部门的干燥、消毒、烘烤通常使用波长32.8cm、频率为915MHz的微波设备，[3]普通家庭烹调使用波长12.2cm、频率为2450MHz的微波设备。1.1.2微波加热原理物质一般由极性分子和非极性分子

2、构成，自然状态下，极性分子的排列是杂乱无章的。而在高频电磁场的作用下，极性分子会由自然的混乱的分布顺着电场方向有规律的排列。由于高频率微波中电磁场方向会急速的发生变化，极性分子也会跟随着电磁场方向的变化以每秒数十亿次的频率不断变化，如果极性分子方向的变化与外加电场方向变化同步，那么基本不消耗电场的能量。相反，由于分子间的相互作用，极性分子方向变化滞后于电场变化的频率，此时电场能量的消耗特别大，消耗的能量将直接转化为介质内的热能，同时极性分子在重新排列时[1]会产生相位差，从而与实际电场产生极化电流，介质

3、内部会发生阻抗加热。介质材料在微波作用下吸热的程度取决于介质材料的介电常数和介质的损耗角。介电常数是表征介质在外电场作用下极化程度的量，介质的损耗角用来可以表示微波能转化为热能所耗散的能量，是介质转化微波能量的“效率”。物质的介电损耗综合起来可以用介质损耗角的正切函数tg来表示，tg可以描述微波被物[1]质吸收的程度，物质吸收微波的能力随tg的增大而增大。物质的介电常数可以''''''''用复数形式表示：i，介质损耗角正切的表达公式是tg，式中rrrrrr'是物质的复介电常

4、数的虚部，物质的介电损耗一般和复介电常数的虚部有关，是r物质介电常数的实部也就是一般情况下所说的介电常数。由极性分子所组成的物质能较好的吸收微波能。水分子呈极强的极性是吸收微波最好的介质，所以凡是含水分子的物质必定能很好的吸收微波。而只由非极性分子组成的介质材料，微波只能穿透，很少吸收微波能。这种介质材料一般被用于微波加热的容器，或者防止泄露微波器件的材料，常见的非极性分子组成的材料有玻璃、陶瓷、聚乙烯等。1.1.3微波加热特点常规加热都是通过热传导、对流、热辐射等方法将热量首先通过表面传递给1重庆大

5、学硕士学位论文1绪论被加热的物料，再通过热传递慢慢地使物料的中心温度升高，要使物料中心部位温度达到所设定的温度，则需要一定的热传导时间。而对于那些热传导率差的物料所需的时间就更长，这种加热方式效率低下，因为设备预热、辐射热损失和高温介质热损失在总的能耗中占据较大的比例，而且很大一部分热能在传递过程中[4]流失。相比传统加热，微波加热特点如下：①加热速度快常规加热(火焰，热风，电热，蒸汽等)都是利用热传导，对流，热辐射将热量首先传递给被加热物的表面，在通过热传导逐步使中心温度升高(即常说的外部加热)。它要

6、使心部位达到所需要的温度，需要一定的热传导时间，而对热传导率差的物体所需的时间更长。用微波加热介质材料时，加热非常迅速，只要有微波辐射，物体即刻得到加热，反之物体就得不到微波能量而立即停止加热，它能使物体在瞬间得到或失去热量来源，表现出对物体加热的无惰性。微波加热是物体内加热，无需外界将热量传进，可以在短时间内使物体迅速升温。微波关掉后，加热也会立即结束。②加热均匀用外部加热方式加热时，为提高加热速度，就需要升高外部温度，加大温度梯度。然而随之就容易产生外焦内生现象，而微波是一种穿透能力强的电磁波，不论

7、物体是什么形状，它都能透过物体的内部，向被加热材料内部辐射微波电磁场，推动其极化分子的剧烈运动，是分子相互碰撞摩擦。因此其加热过程在整个物体内同时进行，升温迅速，温度均匀，温度梯度小，是一种“体热源”，大大缩短了常规加热中热传导的时间，除了特别大的物体外，一般可以作到表里如一一起均匀加热，这符合自动化控制的要求。③选择性加热由于不同介质材料的损耗因子不相同，所以对微波能的吸收能力也不同。玻璃、陶瓷等非极性材料很少吸收微波，这类材料用来烹饪或容器的材料。而金属与合金将大部分反射微波，只有少量透射，这类材料

8、可以用来做微波导航器。介于绝缘体和金属之间的材料在微波中会产生强介电损耗，能有效地吸收微波能量，这类材料可以被微波加热。④易于控制微波加热控制系统是被加热物体的温度通过温度检测传感器检测并反馈到控制器，然后通过执行机构调节输出功率达到控制的目的。微波功率连续可调，由开关旋钮调节，无热惯性，易于实现自动控制。⑤高效节能不同材料对微波有不同的吸收率，含有水分的物质容易吸收微波能。玻璃，2重庆大学硕士学位论文1绪论陶瓷，塑料等则很少吸收微波，金属