微波作为一类新型清洁环保的能源已经在食品、化工等众多领域的加热用途中表现出巨大的应用价值。但微波加热液-固媒质过程中存在的热点、过热、热失控等局部过热问题是影响微波加热技术广泛发展的难题。施加精准的温度控制策略是改善局部过热问题的重要手段。然而,微波加热具有非线性强、媒质特性时变性强、温度分布不均等特点,为微波加热过程的实时精确温度控制提出了巨大的挑战。因此,针对微波加热液-固媒质过程特点设计合理有效的温度控制策略成为了微波加热领域的重要研究课题。在国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“支撑微波能高效工业应用的新型微波源基础问题研究”支持下,论文重点以水为液态媒质的微波加热过程和液-固媒质的微波干燥过程作为研究对象,建立微波加热液态媒质的灰盒热动力学模型,设计从单输入单输出到多输入多输出的实时温度控制策略,并进一步揭示微波干燥过程的能量迁移规律,研究从单点温度跟踪到全局温度跟踪再到多目标的优化控制策略,最后针对一类实际的微波褐煤干燥过程设计有效的多模切换混合控制策略。论文的创新性研究主要包括以下五个部分:(1)针对微波加热液态媒质过程,通过分析加热过程中能量变化对媒质温度的重要影响,采用有限体积法将热平衡偏微分方程时间-空间离散化为差分方程,并提出以微波功率参数集的方法表征加热过程中媒质各个微元体的微波功率吸收情况,构建微波加热液态媒质过程的灰盒热动力学模型。(2)以液态媒质灰盒热动力学模型为基础,通过其推导状态空间表达式,针对单输入单输出情形设计滑模变结构实时温度跟踪控制策略;针对多输入多输出情形设计模型参考自适应控制策略,根据微波加热液态媒质过程的特性设计基于专家规则的优化型模型参考自适应控制策略,实现媒质微元体的准确温度跟踪控制,可有效避免局部过热现象并改善系统输入的调节频率。(3)以微波干燥含水多孔介质过程为研究对象,通过分析微波干燥过程中水分蒸发现象对媒质内部能量迁移的影响,构建考虑水分蒸发吸热的热平衡方程,结合有限体积法和Lambert定律,推导表征媒质各微元体温度的热动力学模型。(4)以微波干燥多孔介质过程的热动力学模型为基础,设计单点温度跟踪优化控制和全局温度跟踪优化控制策略,并进一步考虑微波功率控制增量和能耗效率设计多目标优化控制策略。分析微波功率调节特性,设计穷举型搜索算法解决优化控制策略的实时求解问题。仿真验证单点温度跟踪优化控制在处理模型参数剧烈变化时显著的鲁棒性,全局温度跟踪优化控制在保证媒质整体温度均匀性方面的优势,和多目标优化控制对于延长微波源使用寿命,提高微波能量利用率的重要作用。(5)针对微波褐煤干燥实际过程中易发生褐煤燃烧的问题,通过分析过程控制目标,建立褐煤水分变化经验模型,提出基于专家规则的多模切换混合控制策略,设计PID控制模式、优化控制模式和零模式,建立包含控制模式切换机制和辅助控制机制的专家规则库。实验表明,该策略在防止褐煤燃烧方面效果显著,可有效保证褐煤干燥品质。