[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

权利要求书

1.一种基于分段离散趋近律的微波加热温度跟踪控制方法，其特征在于：包括：

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。

2.根据权利要求1所述的基于分段离散趋近律的微波加热温度跟踪控制方法，其特征在于：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：

其中，ε'(T)是相对介电常数，即复介电常数的实部；ε”(T)是相对介电损耗，即复介电常数的虚部；ε_∞为无线频率相对介电常数；ε_s是静态相对介电常数；τ表示当电场消失后，原子返回原来状态时间，通常称之为弛豫时间；j为虚部符号。

3.根据权利要求1所述的基于分段离散趋近律的微波加热温度跟踪控制方法，其特征在于：所述依据微波加热过程的数学模型建立滑模函数，包括：

设微波加热物料第k时刻的期望温度为r(k)，变化率为dr(k)，取R＝[r(k)；dr(k)]，R₁＝[r(k+1)；dr(k+1)]，采用线性外推的方法预测r(k+1)及dr(k+1)，即：

r(k+1)＝2r(k)-r(k-1)

dr(k+1)＝2dr(k)-dr(k-1)

微波加热系统的离散时间状态方程可以表示为：

x(k+1)＝A*x(k)+B*u(k)+D(k)

式中：x(k+1)表示系统在(k+1)时刻的状态变量，A和B都表示一个矩阵，u(k)表示系统的输入；D(k)包含未知热传导损耗及干扰，设e(k)＝R-x(k)，则滑模函数s(k)可设置为：

s(k)＝C_e*e(k)＝C_e(R-x(k))

其中：C_e＝[c,1]为误差系数矩阵，c为一个常数，则：

4.根据权利要求1所述的基于分段离散趋近律的微波加热温度跟踪控制方法，其特征在于：所述改进分段离散趋近律为：

式中：k₁＞0,k₂＞0,k₃＞0,r₁,r₂,r₃是非线性函数，非线性函数把趋近律分成了两个部分，Δ_t是采样时间；

式中：α₂≥1,0＜β₂＜1,α₃≥1,n表示的是一个变量；

双曲正切函数tanh(n·x)：

式中：e是一个自然常数。