微波干燥食品自适应控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一套食品加工微波干燥过程的自适应控制系统，系统根据自动记录干燥过程中的加热功率和加热时间、食材的重量、干燥的温度、干燥之前与之后食材的湿度、干燥时间等数据，并进行自动计算处理，然后，自动控制微波干燥的加热时间与加热功率，达到优化干燥过程、控制产品质量的目的。该系统包括微波干燥食品、数据采集通道、神经网络辨识模块、自适应功率控制模块。采用微波干燥自适应控制方法，可自动控制加热功率及调节微波干燥的时间，实现对干燥室内的温度，以及食品的含水量实现精确的控制。既可根据环境条件改变而改变控制器的参数，又可进行鲁棒控制抵抗外部干扰，通过调节功率，减小温度变化的速率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微波干燥食品的自适应控制系统，属于轻工业控制领域。
技术介绍
传统热空气干燥通常涉及化学预处理和干燥温度保持，热空气干燥由于干燥时间长和表面过热，出现颜色暗淡，味道损失和复水能力下降的问题。冷冻干燥生产的产品质量高，但是成本高，干燥生产能力有限。真空干燥是另一个可行的方法，尤其适合食品容易热损害，如水果和蔬菜。然而，在真空过程需要加热，因为低压状态，使得热能的转移到工作负载变得很困难。大多数传统真空烘干机依靠传导传热的热板，缓慢且难以控制，需要一个大的表面积，因此，传统的真空干燥具有较高的操作和安装成本。为了防止大量的质量损失，实现快速、有效的脱水，从而促进了微波加热食品干燥的使用。微波干燥迅速，比传统热空气干燥具有均匀和能效高特点，近年来，新型的微波干燥热处理技术快速发展，包括热风干燥、真空干燥、冷冻干燥等，它具有较高的干燥率、较低的能耗以及干燥食品较好的质量等特点。微波真空干燥作为一个潜在的方法来获得高质量的干燥的食品，包括水果，蔬菜和谷物。微波真空干燥结合微波加热和真空干燥的优点，真空赋予的低温、快速传质结合微波加热，快速能量转移的产生非常迅速，因此它有可能提高能源效率和产品质量。微波真空干燥技术已经成功应用于一些水果和谷物的干燥。食品物料的干燥取决于被干燥物料中热量和质量的传递特性，因此对食品物料干燥过程中水分和温度的了解对于干燥过程的设计以及产品的质量控制是十分重要的。而干燥生产过程中在线检测水分含量及物料内部温度比较困难，为了达到辅助干燥器的设计、优化干燥过程、控制产品质量的目的，通常需要建立干燥过程的数学模型，并借助模型对干燥过程进行分析、预测、判断。由于实际的微波干燥过程系统各种不确定性因素的影响，使得设计者难以获得干燥系统对象在较大工作范围内的精确模型描述；许多过程特性参数难以测量，具有多种操作约束条件，存在较多干扰，过程不可逆转和难以采取补救措施等特点，使微波干燥过程的控制存在很大的难度，因此在微波干燥过程中研究和推广应用各种有效的先进检测控制策略十分必要和迫切。在这个过程，电磁场的强度、食品的体积、质量、湿度、成分和性能都是决定干燥过程的重要因素。微波干燥可引起离子颗粒和水分子运动，从而提高食品温度，引起水分蒸发从而干燥食品，可改善食品质量。运用这类技术，微波功率和干燥温度是影响食品干燥最终质量的重要因素。为了优化微波干燥，研究各种微波功率配置，包括间歇法和连续法。在普通的微波炉干燥时，不仅输出功率只有有限个档位可以选择，而且加热时间也需要手动来调节，如果需要干燥大量的食材时很不方便，特别是在工业生产中。因此需要设计出一个程序控制的微波干燥自适应控制系统，来自动控制加热功率及调节微波干燥的时间。实现对干燥室内的温度，以及物料的含水量实现精确的控制。
技术实现思路
针对现有技术中检测食品加工过程系统及其控制方法中存在的上述问题，本专利技术提供一种微波干燥食品过程自适应控制系统及其控制方法。本专利技术的技术方案是:微波干燥食品过程自适应控制系统，包括数据采集通道、微波干燥对象、神经网络辨识模块、自适应功率控制模块和模型库。所述微波干燥对象的输出端通过数据采集通道与神经网络辨识模块的输入端连接，神经网络辨识模块的输出端分别与自适应控制模块的输入端连接，自适应控制模块的输出端通过数据采集通道与微波干燥对象的输入端连接。温度反馈和微波功率相位控制可获得有效的干燥过程控制，通过在线检测由食品挥发出来的成分，由挥发物信号和自适应控制器来确定干燥温度，可获得较精确的有效的微波干燥过程控制。对被干燥对象的温度进行测量，实时控制微波能量。当温度低于设定值时，接通电源，通过加热使被测对象升温，当温度高于设定值时，关闭电源，使被测对象降温。对于温度接近设定值时，通过调节功率，减小温度变化的速率。本专利技术的有益效果是:本专利技术充分利用先进的控制理论、神经网络智能算法等，对食品加工微波干燥过程实现检测、控制、建模、管理和决策，设计一种针对微波干燥过程的关键工艺参数的建模与控制，针对干燥系统特有的控制方法，即智能自适应控制设计方案，采用此自适应控制方法，可根据环境条件改变而相应地改变功率控制器的参数，以适应其特性的变化及抵抗外部干扰，保证整个系统的稳定运行及性能指标达到要求，与传统的空气干燥相比，微波真空干燥可避免食品干燥过程中变焦，且具有良好的含水特性。从而减少能耗，降低成本，提高经济效益等目的的综合性技术。【附图说明】图1是本专利技术微波干燥系统结构框图。图2是本专利技术微波干燥系统控制框图。图3是本专利技术设计的系统功率控制电路。【具体实施方式】本专利技术针对食品加工微波干燥过程，易受干扰，控制精度要求高，需要在深入研究微波干燥过程中温度对食品挥发物成分的影响特性、工艺特点的基础上，广泛收集历史数据、专家经验和操作规程，确定总体控制目标及主要的控制变量。下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术所述的整个微波干燥系统框图，包括如下模块:(1)气味检测模块如图1所示，气味检测模块包括用于气味检测的电子传感分析仪，更换样品的气味和清洗气味的控制阀，提供气体的空压机和去除水汽的冷凝管。为保证检测挥发物的精度，一方面微波干燥后的挥发物需经过冷凝管进入气味分析仪，另一方面每个检测周期需要清洗气味分析仪，因而每4分钟的一个检测周期，交替控制两个阀门分别每2分钟自动检测一次挥发物和通入干净空气清洗分析仪。(2)微波干燥模块如图1所示，包括干燥食品的微波炉、存放物料样品的容器和电子秤。光纤传感器插入样品中央进行温度检测，整个带样品的容器重量由电子秤在线测量，微波炉的电磁功率由Labview程序进行相位控制。系统控制设计框图如图2，通过开发LabView程序来完成干燥系统的所有的检测和控制。(3)功率控制电路模块功率控制电路如图3所示，它包括过零点电路、光电耦合器、三极管放大电路、LM555占空比调节电路、双向可控硅和光电耦合器H11L1。挥发物的成分跟干燥温度密切相关，因而控制干燥温度最直接的方法就是控制微波炉的电磁功率。功率控制器设计目标，用较小的电压来控制较大的交流电压。为了实现以较小电压控制较大的电压，通过比较相位控制、脉宽控制和可调电阻控制的优缺点，最终采用占空比相位控制这种方法来实现。其特征是:过零点检测电路经过分压电阻分压之后，电压变小，主要作用是可控硅触发、继电器保护及计时；光电耦合器实现电一光一电的转换，即起输入、输出电绝缘和抗干扰；LM555占空比调节电路使用较小的脉冲电流来控制较大电流，实现对占空比的调整，分为自动和手动两种模式，当接通时是与非门的输出信号控制LM555，为自动模式，当断开时，将0?5V电压接入电路，手动调节LM555的输入，为手动模式；当M0C3023的输出信号输入连接双向可控硅的G端，实现通过小电流控制可控硅的输出大电压。(4)数据采集模块干燥不仅需要知道加热功率和加热时间，还需要知道食当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
该系统包括气味检测模块、微波干燥模块、数据采集模块、神经网络辨识模块、功率自适应控制模块。所述微波干燥系统对象的输出端通过气味检测仪和温度光纤传感器通过数据采集与神经网络辨识模块的输入端连接，神经网络辨识模块的输出端分别与自适应控制模块的输入端连接，功率自适应控制模块的输出端通过数据采集通道与微波干燥对象的输入端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈岚萍，马正华，徐守坤，吕继东，刘凡，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32