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快速且经济地干燥木材并使其保持良好的品质,是木材干燥领域的重要研究课题。普通干燥方法耗时长、速度也较慢,且由表及里形成的负温度梯度会对木材内部水分流动形成阻碍作用。而微波干燥作为一种新型的干燥技术,其干燥机理不同于常规的蒸汽和热风等干燥方式,具有能源浪费少、干燥速度快、产品质量高、环保无公害和过程易于控制等优点。目前我国已有许多厂商将微波干燥技术应用于实际生产过程中,但是由于自动化、智能化程度较低,存在着能耗大、效率不高、干燥质量低等问题,因此将智能控制方法引入微波木材干燥设备的设计中具有一定的现实意义。
论文首先阐述了国内外微波干燥研究的现状和发展方向,详细介绍了微波加热原理、微波干燥的优缺点以及微波干燥过程,然后与其他干燥方式进行了比较,并对微波木材干燥设备的自动控制问题进行了讨论。
其后,本文对微波干燥系统进行了整体设计,在微波磁控管功率调节、传感器选择方面也进行了深入探讨。在分析了微波干燥过程温度控制的复杂性、非线性和时变性等特点的基础上,采用了模糊控制方法对这一过程进行控制,本文以木材表面温度的偏差和偏差变化率作为输入变量、磁控管的控制电压为输出变量设计出了微波木材干燥模糊控制器,同时制定了输入输出量的隶属函数和相应的控制规则。
在模糊控制器的各项参数中,量化因子Ke和Kec和比例因子Ku是否合理会直接影响到控制系统的各项性能指标,因此优化这三个参数对提升控制器的效果具有十分重要的意义。为了提高和改善控制器的性能,本文从这三个重要参数入手,引入Chaos(混沌)理论对控制器进行最优设计。为了提高Chaos算法搜索的收敛速度,减少迭代时间,论文将整个优化过程分为两阶段,第一次在大区间内进行粗略搜索,第二次在小区间内进行细致搜索,并给出了详细的优化步骤。
本文最后利用Matlab对优化前后的模糊控制器进行了仿真比较,结果表明:利用混沌算法进行参数优化后的模糊控制器具有调节时间短、控制精度高等优点,混沌优化从一定程度上改善了模糊控制器的性能。
本论文将优化后的模糊控制器引入到微波木材干燥过程的自动控制中,有效地提高了系统的智能化水平。如果我们能够据此设计开发具有高智能化水平的微波木材干燥设备,其应用前景将十分广泛。