微波是一种特定频段的电磁波,其作为一种清洁、高效的新能源已经在化工、生物、冶金、食品工业等工业领域得到了广泛应用。微波加热的升温速度快、节能、选择性加热、易控性等优点使得其相对于传统的基于火、电、汽等的接触式加热或辐射加热方式更为高效。但是由于微波电磁场分布不均匀等特点,微波加热也存在被加热物料温度分布不均匀的现象,局部可能会出现热点,所以,为了改善微波加热过程中物料温度均匀性的要点就是:1、严格控制物料最高温度点温度升温速率;2、改变微波电磁场分布,使物料能够尽量均匀地吸收微波能。本文以多微波源加热固体颗粒矿物为研究对象,以改善微波加热过程中物料温度均匀性为主要目的,兼顾多源微波加热过程中的经济效益。基于改善微波加热过程中物料温度均匀性的要点,将增加微波馈源数量作为改善微波加热过程中物料温度均匀性的实现手段。主要应用模型预测控制方法和双层结构预测控制方法,采用理论分析、数值计算和计算机仿真相结合的方法完成了以下工作:(1)结合微波加热特点,引入模型预测控制方法,以物料最高温度点温度为被控变量、输入微波功率为操作变量对微波加热过程最高点温度进行了跟踪控制;设计了动态矩阵的加权选择方法来克服微波加热过程中非线性特性造成的不利影响,设计了约束调整方法来动态调整输入微波功率提高物料升温速率。通过计算机仿真,得到了应用模型预测控制方法能够实现物料最高温度对目标温度的精确跟踪的结果,并且在应用约束调整方法后物料最高温度能提前约900s达到目标温度,提升了微波加热过程的效率,有效实现了前述改善微波加热过程中物料温度均匀性的第一个要点。(2)基于微波加热过程已达稳定状态的前提,在动态预测控制的基础上引入了稳态目标计算,形成双层结构预测控制方法。在稳态目标计算中综合考虑以改善物料温度均匀性为目的的期望目标、约束条件、经济效益等因素,为提升经济效益设定了目标函数,在约束范围内计算得到磁控管输入电功率和物料温度的最优稳态目标。在动态预测控制中以稳态目标计算的结果为目标,在约束条件的限制下控制各个磁控管输入电功率和各个测温点温度跟踪最优稳态目标。通过对一个2输入2输出微波加热过程进行计算机仿真,得出通过稳态目标计算的经济优化功能可以为过程增加10.143份经济效益的结果;在设置各测温点温度的期望目标为105℃后,能够使各测温点温度跟踪期望目标,有效实现了前述改善微波加热过程中物料温度均匀性的第二个要点;与传统PID控制的对比表明,双层结构预测控制能够有效消除过程的超调并保证温度变化的平稳性。