基于dsp的微波加热设备的实时控制

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2007年第1期漳州师范学院学报(自然科学版)No．1．2007年(总第55期)JournalofZhangZhouNormalUniversity(Nat．Sci．)GeneralNo．55文章编号：1008．7826(2007)01．0072．05基于DSP的微波加热设备的实时控制黄艺娜，刘银春，罗锦彬(福建农林大学机电工程学院，福建福州350002)摘要：介绍微波加热设备的基本结构原理，根据微波加热技术在食品保鲜中应用的实际及其产品加热升温的规律，提出了用

2、DSP控制微波加热设备的理论依据，实现物料温度的实时在线控制，确保物料接受的辐照剂量的设计方案．关t词：微波加热；数字信号处理器；电动机；直接转矩控制中圈分类号：THll2文献标识码：A1引言微波加热技术应用越来越广泛，其中微波干燥和灭菌技术在农林科技领域有着广泛的应用，如木材干燥、茶叶杀青、食品的保鲜等有广阔的应用前景【l．目前在生产实际应用中的微波加热设备，绝大部分采用输出功率恒定的微波源，通过调节微波照射物料的时间来控制其所接受的微波能．由于加工产品的种类、包装的大小不同，工艺条件也随之变化．在微波设备

3、进^工作状态后，因工作负载，电网电压波动等影响，要求微波设备正常工作时能实现动态自动控制调节，保证产品获得合适的微波辐照剂量．这就需要根据加热干燥或灭菌的状况要求在线检测、反馈控制及时调整微波加热状况．因此，对微波加热设备智能化提出更高的要求【4】．数字信号处理芯片(DSP)因其功能强大对实现微波加热设备的实时控制有独特的优势．在此，仅以微波加热设备在食品灭菌保鲜中的应用为例，提出了一种基于DSP控制微波加热设备的设计方案．2微波加热设备微波加热设备的种类繁多，从结构上分，可分为箱式、窑式、隧道式等；从功率上

4、可分为高功率与低功率的微波加热设备，也可分为功率可变式与不可变式微波加热设备．图1为隧道式微波加热设备为结构示意图，它的主要结构有微波箱体、驱动机构(电动机、传送带、滚筒)、微波能抑制器、自动控制箱及机架等部分组成．微波能抑制器，是1一滚筒2—传送带3一机架4一抑制口5一电动机6—微波箱体防止微波能泄露的机构；微波箱体内有微波发图1隧道式微波加热设备结构示意图生器与微波加热箱，微波发生器是由磁控管和微波电源组成，微波源产生的微波通过波导装置无损耗地传输到微波加热箱中，形成均匀分布的微波场；微波加热箱是实现物料

5、与微波相互作用的空间，微波能在此转化为物料的内能．收稿日期：2006．10-20作者简介：黄艺娜(1981．)，女，福建漳州市人，硕士研究生．维普资讯http://www.cqvip.com第1期黄艺娜，刘银春，罗锦彬：基于DSP的微波加热设备的实时控制73微波加热就是物料吸收微波的能量而使其温度升高，无论是应用于加热干燥还是灭菌，对于给定的物料及其工艺条件，都有一个适当的辐照剂量．控制微波照射到物料的辐照剂量，通常有两种方法，即(1)改变微波源的输出功率而辐射时间不变：(2)微波源的输出功率不变，而改变物料

6、接受照射的时间．由于功率可调的微波源，结构复杂，输出功率不大，仅5KW，而且售价昂贵，一般只在实验室、科研用⋯，所以，在实际应用中，微波加热设备一般采用功率为恒定不变的微波源．对于确定的产品其工艺条件确定之后，产品吸收的微波辐照剂量是确定的，由于产品在传送带上的间距不一致，进人微波加工区前的温度存在差异等原因，可能造成出口温度的不一致．在微波功率一定的情况下，微波加热设备需要人工设定和调节传送带的速度，以保证产品出口的温度在允许的范围之内．由此可见，物料在微波加热过程中，为保证产品质量，需要实时在线动态监测物

7、料的温度．这也是目前隧道式微波加热设备急待解决的问题．3隧道式微波加热设备运行的规律3．1传送带的传输速度与物料温差的关系对于给定的产品，其工艺条件应该在特定的环境和设备条件下来确定．例如，隧道式微波加热设备用于牛奶的灭菌保鲜的工艺，就要根据牛奶的包装及其产量，主要杀灭微生物的生物习性等来确定．对于软包装的鲜牛奶，微波灭菌适用于解决二次污染问题，主要的灭菌对象是微生物孢子口】．微生物孢子适宜的生存温度均在70~C以下，因此进行微波杀菌时，温度应不低于这个温度．实验表明，选择牛奶的杀菌温度T’=80~C，较为经

8、济，有效，这是物料需要加热到的目标温度．假定微波加热设备的微波源的输出功率P=4KW，已知牛乳的比热约为C-3．89kJ／(kg．℃)，质量密度为1．028—1．032x103kg／m3，每分钟加工处理20包(227克，包)的牛奶，即加工4．540kg／min．用传送带输送，其速度如何控制才能达到上述的要求呢?设微波加工区沿传送带的方向的长度为L，20包牛奶在该区，域停留的时间为t，则传送带的速度v