DE102014200355A1

DE102014200355A1 - Method and device for heating with microwaves

Info

Publication number: DE102014200355A1
Application number: DE102014200355.5A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schulteis; Dieter Schwarzmann; Tobias Mauk; Andreas Ortseifen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufheizen eines Mediums mit Mikrowellen in einem Hohlraum eines Mikrowellengerätes, der mit metallisch leitfähigen Wänden im Wesentlichen umschlossen ist, wobei zur Homogenisierung des Feldes bzw. zur Vermeidung von Hot-Spots eine Variation der Mikrowellenparameter, wie Frequenz, Amplitude und/ oder Phase, sowie weiterer Parameter vorgenommen und für jeden Parametersatz q ein Anteil der absorbierten Leistung bestimmt wird, wobei eine homogene Erwärmung des zu erhitzenden Mediums erreicht wird, wenn bevorzugt bei Parametersätzen Leistung in den Hohlraum abgestrahlt wird, die einem niedrigen Absorptionsverhältnis AV zugeordnet sind, wobei das Absorptionsverhältnis AV aus dem Verhältnis aus der Differenz von eingestrahlter und empfangener Leistung und der eingestrahlten Leistung gebildet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mit einem Optimierungsalgorithmus zunächst eine Umgebung eines initialen Parametervektors qinit als Startlösung abgesucht und in Richtung des Parametervektors weitergegangen wird, der in der untersuchten Umgebung zum kleinsten Absorptionsverhältnis führt, wobei danach die Umgebung dieses neuen Parametervektors untersucht und wieder ein Schritt in Richtung des benachbarten Parametervektors unternommen wird, der zu einem kleineren Absorptionsverhältnis AV führt. Damit können schnell, ohne langwieriges Ausprobieren, Parametersätze mit einem niedrigen Absorptionsverhalten ermittelt werden.The invention relates to a method and apparatus for heating a medium with microwaves in a cavity of a microwave oven, which is substantially enclosed by metallic conductive walls, wherein for homogenization of the field or to avoid hot spots, a variation of the microwave parameters, such as frequency , Amplitude and / or phase, as well as other parameters made and for each parameter set q a proportion of the absorbed power is determined, with a homogeneous heating of the medium to be heated is achieved, preferably at parameter sets power is emitted into the cavity, the low absorption ratio AV, wherein the absorption ratio AV is formed from the ratio of the difference between incident and received power and the radiated power. According to the invention, an optimization algorithm first searches an environment of an initial parameter vector qinit as starting solution and continues in the direction of the parameter vector which leads to the smallest absorption ratio in the investigated environment, after which the environment of this new parameter vector is examined and again a step in the direction of the adjacent parameter vector, which leads to a smaller absorption ratio AV. Thus, parameter sets with a low absorption behavior can be determined quickly, without tedious trial and error.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuer- und Auswerteeinheit, zum Aufheizen eines Mediums mit Mikrowellen in einem Hohlraum eines Mikrowellengerätes, der mit metallisch leitfähigen Wänden im Wesentlichen umschlossen ist, wobei zur Homogenisierung des Feldes bzw. zur Vermeidung von Hot-Spots eine Variation der Mikrowellenparameter, wie Frequenz, Amplitude und/ oder Phase, sowie weiterer Parameter vorgenommen und für jeden Parametersatz q ein Anteil der absorbierten Leistung bestimmt wird, wobei eine homogene Erwärmung des zu erhitzenden Mediums erreicht wird, wenn bevorzugt bei Parametersätzen Leistung in den Hohlraum abgestrahlt wird, die einem niedrigen Absorptionsverhältnis AV zugeordnet sind, wobei das Absorptionsverhältnis AV aus dem Verhältnis aus der Differenz von eingestrahlter und empfangener Leistung und der eingestrahlten Leistung gebildet wird.The invention relates to a method and a device, in particular a control and evaluation unit, for heating a medium with microwaves in a cavity of a microwave device, which is substantially enclosed by metallic conductive walls, wherein for homogenization of the field or to avoid hot Spots a variation of the microwave parameters, such as frequency, amplitude and / or phase, and other parameters made and for each parameter set q a proportion of the absorbed power is determined, with a homogeneous heating of the medium to be heated is achieved, if preferred in parameter sets performance in the Cavity is emitted, which are associated with a low absorption ratio AV, wherein the absorption ratio AV from the ratio of the difference between incident and received power and the radiated power is formed.

Mikrowellen, d.h. elektromagnetische Wellen bestimmter Frequenz und Amplitude, werden gezielt zum Aufwärmen und Auftauen verwendet. Dabei werden zum Beispiel Frequenzen um 2,45 GHz (ISM-Band) eingesetzt. Frequenzen unterhalb, wie beispielsweise 900 MHz, oder oberhalb sind jedoch prinzipiell ebenfalls möglich. Microwaves, i. electromagnetic waves of specific frequency and amplitude are used specifically for warming up and thawing. For example, frequencies around 2.45 GHz (ISM band) are used. Frequencies below, such as 900 MHz, or above, however, are also possible in principle.

Das Heizen mit Mikrowellen funktioniert derart, dass in einem abgeschlossenen Raum, einem Hohlraum, der bei Mikrowellenöfen auch als Garraum bezeichnet wird, Mikrowellen eingestrahlt werden, die dann von den metallischen Wänden des Garraums reflektiert werden. Durch die Überlagerung von eingestrahlten und reflektierten Wellen bildet sich in dem metallischen Raum ein elektrisches Wellenfeld mit Feldmaxima (konstruktive Interferenz) und Feldminima (destruktive Interferenz) aus. Die Ausbildung des Wellenfeldes ist dementsprechend geometrie- und frequenzabhängig. The heating with microwaves works in such a way that microwaves are radiated in a closed space, a cavity which is also called a cooking chamber in microwave ovens, which are then reflected by the metallic walls of the cooking chamber. Due to the superposition of incident and reflected waves, an electric wave field with field maxima (constructive interference) and field minima (destructive interference) forms in the metallic space. The formation of the wave field is accordingly geometry and frequency dependent.

Nachteilig ist dabei, dass an bestimmten Positionen sich die elektrische Feldstärke sehr stark mit der Zeit ändern kann. An anderen Stellen ändert sich die Feldstärke dagegen nur sehr wenig oder gar nicht. The disadvantage here is that at certain positions, the electric field strength can change very strongly with time. In other places, however, the field strength changes very little or not at all.

Sowohl aufgrund des inhomogenen elektrischen Wellenfeldes als auch aufgrund der lokal unterschiedlichen Absorptionscharakteristik des zu erhitzenden Mediums findet eine Erwärmung des zu erhitzenden Mediums nicht gleichmäßig statt. An Positionen mit starker Feldänderung (Feldmaxima) wird stark aufgeheizt. Es entstehen so genannte Hot-Spots. An Stellen mit geringer Feldänderung (Feldminima) erhöht sich die Temperatur kaum. Um eine gleichmäßige Erwärmung des Mediums zu erzielen, muss dafür gesorgt werden, dass alle Moleküle gleichmäßig durch das Feld bewegt werden. Zur Homogenisierung bzw. Vermeidung von Hot-Spots werden nach dem Stand der Technik nachfolgend beschriebene Maßnahmen eingesetzt.Both due to the inhomogeneous electric wave field and due to the locally different absorption characteristics of the medium to be heated, heating of the medium to be heated does not take place uniformly. At positions with strong field change (field maxima) is strongly heated. There are so-called hot spots. In places with little field change (field minima), the temperature hardly increases. In order to achieve a uniform heating of the medium, it must be ensured that all molecules are moved uniformly through the field. For homogenizing or avoiding hot spots, measures described below are used according to the state of the art.

Bei haushaltsüblichen Mikrowellengeräten wird in der Regel das zu erhitzende Medium gedreht. Das zu erhitzende Medium bewegt sich dabei durch das elektrische Feld. Somit kann potenziell jeder Teil des zu erhitzenden Mediums auf ein Feldmaximum treffen und Energie absorbieren. Dadurch findet eine gleichmäßigere Erwärmung statt, wobei die Erwärmung in Kreisen um die Drehachse anstatt punktuell erfolgt, wenn das Medium eine homogene Konsistenz aufweist. Bei einem inhomogenen Medium können die unterschiedlichen Anteile aufgrund ihrer unterschiedlichen Absorptionseigenschaften die Energie der Mikrowellen unterschiedlich gut absorbieren. Es kommt deshalb zu einer inhomogenen Erwärmung trotz der Bewegung.In common household microwave ovens, the medium to be heated is usually rotated. The medium to be heated moves through the electric field. Thus, potentially every part of the medium to be heated can hit a field maximum and absorb energy. As a result, a more uniform heating takes place, wherein the heating takes place in circles around the axis of rotation instead of selectively when the medium has a homogeneous consistency. In the case of an inhomogeneous medium, the different proportions can absorb the energy of the microwaves to different degrees due to their different absorption properties. There is therefore an inhomogeneous heating despite the movement.

Ein anderes übliches Verfahren ist das gezielte Variieren des elektrischen Wechselfeldes mit der Zeit durch den Einsatz eines so genannten Modenrührers. Ein Modenrührer ist eine mechanische Einrichtung, die sich innerhalb des Garraums befindet und mittels eines Antriebs gedreht wird. Das Drehen des Modenrührers ändert die Geometrie des Garraums und damit auch die von der Geometrie abhängenden Positionen der Feldmaxima und -minima. Die Feldmaxima können somit an verschiedene Stellen des zu erhitzenden Mediums bewegt werden. Das Verfahren bringt jedoch die gleichen Probleme mit sich, wie sie bei der Drehbewegung auftreten, wenn das zu erhitzende Medium inhomogen ist. Another common method is the targeted variation of the alternating electric field with time through the use of a so-called mode stirrer. A mode agitator is a mechanical device located inside the cooking chamber and rotated by a drive. The turning of the mode stirrer changes the geometry of the cooking chamber and thus also the positions of the field maxima and minima depending on the geometry. The field maxima can thus be moved to different locations of the medium to be heated. However, the process involves the same problems that arise in the rotational movement when the medium to be heated is inhomogeneous.

Bei einer weiteren Methode wird das elektrische Feld gezielt durch Änderungen von Frequenz, Amplitude und Phase der eingestrahlten Mikrowellen verändert. Dieses Verfahren basiert auf der Veränderung des Wellenfeldes mittels einer gezielten Überlagerung (konstruktive und destruktive Überlagerungen) von Mikrowellen durch mehrere Sendekanäle mit jeweils einstellbarer Phase und Amplitude und einer optimalen Einstellung der Frequenz. In another method, the electric field is selectively changed by changes in frequency, amplitude and phase of the irradiated microwaves. This method is based on the change of the wave field by means of a targeted superposition (constructive and destructive overlays) of microwaves through several transmission channels, each with adjustable phase and amplitude and an optimal adjustment of the frequency.

Ein derartiger Ansatz ist in der WO 2011/058538 A1 beschrieben. Diese Schrift bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufbringen elektromagnetischer Energie zu einer Last, wobei mindestens ein Prozessor konfiguriert ist, um Informationen über die Energie, die auf jedes einer Vielzahl von Raumelementen und Gruppen von Raumelementen in mindestens zwei Teilmengen einwirkt, zu erhalten, wobei die erhaltenen Informationen eine Verlustleistung anzeigen. Der Prozessor kann auch so konfiguriert werden, um ein Protokoll über die Leistungsabgabe von jedem der mindestens zwei Teilmengen von Raumelementen zu erstellen, wobei das Protokoll der Leistungsabgabe zwischen den Teilmengen unterschieden und Untergruppen zugeordnet wird, wobei die zugeführte Energie an die Last in Übereinstimmung mit jedem Übermittlungsprotokoll geregelt wird. Such an approach is in the WO 2011/058538 A1 described. This document relates to a device for applying electromagnetic energy to a load, wherein at least one processor is configured to obtain information about the energy acting on each of a plurality of spatial elements and groups of spatial elements in at least two subsets, the information received indicate a power loss. The processor may also be configured to record the power output of each of the at least two subsets of room elements, the protocol distinguishing the power output between the subsets and allocating them to subsets, controlling the supplied energy to the load in accordance with each transmission protocol.

Diese Variante ist somit die technisch aufwendigste Vorgehensweise. Das liegt zum einen an zusätzlichen innerhalb des metallischen Raums angebrachten Antennen und zum anderen an der notwendigen Elektronik, um Mikrowellen verschiedener Frequenz, Phasen und Amplitude erzeugen zu können, weist aber zumindest das Potential auf, eine optimale homogene Beheizung eines inhomogenen Mediums zu gewährleisten.This variant is therefore the most technically complex procedure. On the one hand, this is due to additional antennas mounted within the metallic space and, on the other, to the necessary electronics in order to be able to generate microwaves of different frequency, phases and amplitude, but at least has the potential to ensure optimum homogeneous heating of an inhomogeneous medium.

Die in der WO 2011/058538 A1 beschriebene Methode sieht dabei u.a. vor, eine Variation der Mikrowellenparameter (Frequenz, Amplitude, Phase) und eventuell weiterer Parameter, wie die Position des zu erhitzenden Mediums im Garraum (bzw. Hohlraum mit metallischen Wänden) und Stellung des Modenrührers vorzunehmen und dann für jeden Parametersatz bzw. Parametervektor den Anteil der absorbierten Leistung (bzw. das Absorptionsverhältnis) zu bestimmen. Eine homogene Erwärmung des zu erhitzenden Mediums wird dann dadurch erreicht, dass bevorzugt bei den Parametersätzen Leistung in den Garraum abgestrahlt wird, die einem niedrigen Absorptionsverhältnis zugeordnet sind.The in the WO 2011/058538 A1 described method provides, inter alia, to make a variation of the microwave parameters (frequency, amplitude, phase) and possibly other parameters, such as the position of the medium to be heated in the oven (or cavity with metallic walls) and position of the mode stirrer and then for each parameter set or parameter vector to determine the proportion of the absorbed power (or the absorption ratio). Homogeneous heating of the medium to be heated is then achieved in that, in the case of the parameter sets, power is preferably emitted into the cooking chamber, which are assigned to a low absorption ratio.

Der Nachteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass zunächst die Absorptionsverhältnisse für viele Parametersätze bzw. Parametervektoren bestimmt werden müssen. Das kann je nach Größe des abgedeckten Parameterraumes viel Zeit beanspruchen. Des Weiteren ist unklar, ob der gesamte durch die Parameter aufgespannte Raum in endlicher Zeit sinnvoll abgedeckt werden kann. Problematisch ist daher die Wahl der richtigen Rasterung des Suchraums, da hierbei ein Kompromiss zwischen der mindestens erforderlichen feinen Rasterung einerseits und andererseits des großen Rechenaufwandes bei einer zu feinen Rasterung angestrebt werden muss. Dabei ist zunächst auch unklar, welche Parameter (Frequenz, Amplitude, Phase) zu wählen sind. Die in der WO 2011/058538 A1 vorgeschlagene Lösung basiert auf einer breit angelegten Suche passender Parameter. The disadvantage of this procedure is that first the absorption ratios for many parameter sets or parameter vectors have to be determined. This can take a long time depending on the size of the covered parameter space. Furthermore, it is unclear whether the entire space spanned by the parameters can be reasonably covered in finite time. The problem is therefore the choice of the correct screening of the search space, since in this case a compromise between the minimum required fine screening on the one hand and on the other hand the large computational effort must be sought at a too fine screening. At first, it is also unclear which parameters (frequency, amplitude, phase) are to be selected. The in the WO 2011/058538 A1 The proposed solution is based on a broad search for suitable parameters.

Es ist Aufgabe dieser Erfindung, im Rahmen einer Weiterentwicklung des zuvor beschriebenen Ansatzes ein verbessertes Verfahren bereitzustellen, mit dem die Suchstrategie zur Auffindung eines geeigneten Parametersatzes bzw. -vektors hinsichtlich einer Reduzierung der Rechenleistung optimiert werden kann.It is an object of this invention to provide, as part of a further development of the approach described above, an improved method with which the search strategy for finding a suitable parameter set or vector can be optimized with regard to a reduction of the computing power.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens entsprechende Vorrichtung, insbesondere eine Steuer- und Auswerteeinheit mit einer Ablaufsteuerung, bereit zu stellen.It is a further object of the invention to provide a device suitable for carrying out the method, in particular a control and evaluation unit with a sequence control.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mit einem Optimierungsalgorithmus zunächst eine Umgebung eines initialen Parametervektors q_init als Startlösung abgesucht und in Richtung des Parametervektors weitergegangen wird, der in der untersuchten Umgebung zum kleinsten Absorptionsverhältnis führt, wobei danach die Umgebung dieses neuen Parametervektors untersucht und wieder ein Schritt in Richtung des benachbarten Parametervektors unternommen wird, der zu einem kleineren Absorptionsverhältnis AV führt. Mit dieser systematischen Vorgehensweise lassen sich schnell Parametersätze mit einem niedrigen Absorptionsverhältnis finden. Dadurch entfällt ein langwieriges Ausprobieren unterschiedlicher Parameterkombinationen, wie dies in der WO 2011/058538 A1 vorgeschlagen wird. Durch eine geeignete Sende-/Empfangsschaltung lässt sich der von dem zu erhitzenden Medium absorbierte Anteil an der gesamten in den metallischen Raum eingekoppelten Leistung bestimmen. Dieser absorbierte Anteil ist von den Parametern (Frequenz, Amplitude, Phase) der eingestrahlten Mikrowellen und den Materialeigenschaften des zu erhitzenden Mediums abhängig. The object relating to the method is achieved by first using an optimization algorithm to search an environment of an initial parameter vector _q.sub.init as start solution and proceeding in the direction of the parameter vector, which leads to the smallest absorption ratio in the investigated environment, after which the environment of this new parameter vector is examined and again a step is taken in the direction of the adjacent parameter vector, which leads to a smaller absorption ratio AV. With this systematic approach, parameter sets with a low absorption ratio can be found quickly. This eliminates a lengthy trial and error of different parameter combinations, as in the WO 2011/058538 A1 is proposed. By means of a suitable transmitting / receiving circuit, it is possible to determine the proportion of the total power injected into the metallic space from the medium to be heated. This absorbed fraction depends on the parameters (frequency, amplitude, phase) of the radiated microwaves and the material properties of the medium to be heated.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante ist dabei vorgesehen, dass diese Vorgehensweise so lange wiederholt wird, bis sich keine signifikante Verbesserung mehr ergibt und das Absorptionsverhältnis AV ein Minimum einnimmt oder eine Änderung des Absorptionsverhältnisses unterhalb eines applizierbaren Schwellwertes liegt. Hierbei kann davon ausgegangen werden, dass die Zielfunktion, des Absorptionsverhältnisses AV in Abhängigkeit der Parametersätze zumindest ein lokales Extremum, in diesem Fall ein lokales Minimum, einnimmt. Damit lassen sich sehr schnell die gewünschten Parametersätze ermitteln, die zu einem möglichst geringen Absorptionsverhältnis AV führen.In a preferred variant of the method, it is provided that this procedure is repeated until no significant improvement results and the absorption ratio AV assumes a minimum or a change in the absorption ratio lies below an applicable threshold value. It can be assumed here that the target function, the absorption ratio AV, occupies at least one local extremum, in this case a local minimum, as a function of the parameter sets. This makes it possible to quickly determine the desired parameter sets which lead to the lowest possible absorption ratio AV.

Wenn ein Minimum des Absorptionsverhältnisses näherungsweise gefunden wurde, wird, wie dies eine vorteilhafte Verfahrensvariante vorsieht, dem zu erhitzenden Medium für ein bestimmtes Zeitintervall Energie zugeführt und dabei regelmäßig überprüft, ob sich der Wert des Absorptionsverhältnisses AV durch die zugeführte Energie geändert hat. Hierbei kann z.B. überprüft werden, ob sich durch die Energiezufuhr die Eigenschaften des zu erhitzenden Mediums ändern, was bei Phasenübergängen, z.B. beim Auftauen des Mediums oder bei der Bildung von Dampf der Fall sein kann.If a minimum of the absorption ratio has been approximately found, as is provided by an advantageous variant of the method, energy is supplied to the medium to be heated for a specific time interval, thereby regularly checking whether the value of the absorption ratio AV has changed by the supplied energy. Here, e.g. to check whether the energy supply changes the properties of the medium to be heated, which is the case in phase transitions, e.g. when thawing the medium or in the formation of steam may be the case.

Wird ein Anstieg des Absorptionsverhältnisses AV erkannt, so kann vorgesehen sein, dass die Energiezufuhr gestoppt und ein neuer Parametervektor q gesucht wird, der zu einem neuen Minimum führt. Damit kann verhindert werden, dass sich aufgrund ungünstiger Veränderungen des Mediums, wie oben beschrieben, neue Hot-Spots beispielsweise bilden und damit die gewünschte homogene Aufheizung des Mediums zunichtemachen. If an increase in the absorption ratio AV is detected, it may be provided that the energy supply is stopped and a new parameter vector q is sought, which leads to a new minimum. This can prevent, for example, from forming due to unfavorable changes in the medium, as described above, new hot spots and thus negate the desired homogeneous heating of the medium.

In einer Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass beim Start des Optimierungsalgorithmus der initiale Parametervektor q_init als Startlösung zufällig gewählt oder bei bekanntem zu erhitzenden Medium aufgrund von Erfahrungswerten derart festgelegt wird, dass sich das daraus resultierende Absorptionsverhältnis AV in der Nähe eines Minimums befindet. Letztere Variante vereinfacht das Auffinden des Minimums und reduziert die Zahl der Iterationsschritte des Optimierungsalgorithmus. Zudem können derartige Erfahrungswerte für optimale Startlösungen in entsprechenden Kennfeldspeichern hinterlegt sein, die dann, abhängig vom zu erhitzenden Medium entsprechend abgerufen werden können. Dabei können Sensoren, z.B. Gewichtssensoren, unterstützen, die geeignete Startlösung zu finden. Eine entsprechende Auswahl der Startlösung kann auch über ein Eingabefeld realisiert werden. Weiterhin sind auch Kombinationen aus sensorischer Charakterisierung des Mediums und manueller Vorgabe möglich. Eine zufällige Wahl des Startparametersatzes kann hingegen vorteilhaft sein, wenn wenig über das zu erhitzende Medium bekannt ist.In a variant of the method it can be provided that, when the optimization algorithm is started, the initial parameter _vector q.sub.init is randomly selected as the start solution or if the medium to be heated is known based on empirical values in such a way that the resulting absorption ratio AV is in the vicinity of a minimum. The latter variant simplifies the finding of the minimum and reduces the number of iteration steps of the optimization algorithm. In addition, such empirical values for optimal starting solutions can be stored in corresponding map memories, which can then be retrieved correspondingly, depending on the medium to be heated. Sensors, eg weight sensors, can help to find the suitable starting solution. An appropriate selection of the starting solution can also be realized via an input field. Furthermore, combinations of sensory characterization of the medium and manual specification are possible. By contrast, a random choice of the starting parameter set may be advantageous if little is known about the medium to be heated.

Bevor der Algorithmus mit der Optimierung starten kann, ist eine Initialisierung nötig. Bei der Initialisierung werden Suchparameter, wie der anfängliche Wert für die Größe der abzusuchenden Umgebung der Startlösung, eine Suchrichtung und/ oder eine Schrittweite abhängig vom gewählten Optimierungsalgorithmus festgelegt. Eine Veränderung der Suchparameter zur Laufzeit des Algorithmus bietet Vorteile hinsichtlich einer schnellen und effizienten Suche nach dem optimalen Parametersatz für eine homogene Aufheizung des Mediums. Before the algorithm can start with the optimization, an initialization is necessary. During initialization, search parameters, such as the initial value for the size of the starting solution environment to be searched for, a search direction and / or a step size are determined depending on the optimization algorithm selected. A change in the search parameters at runtime of the algorithm offers advantages in terms of a fast and efficient search for the optimal parameter set for homogeneous heating of the medium.

Vorteilhaft ist es auch, wenn mindestens ein Abbruchkriterium beim Start des Optimierungsalgorithmus festgelegt wird. Dies kann, wie bereits oben beschrieben, z.B. ein Unterschreiten einer bestimmten Schwelle für eine Änderung des Absorptionsverhältnisses sein. Es kann aber auch eine maximale Anzahl von Optimierungsschleifen sein, wenn beispielsweise eine eindeutige Suche nach einem Minimum der Zielfunktion erfolglos ist. Weitere Abbruchkriterien können auch das Unter- oder Überschreiten bestimmter Parameter, wie z.B. eine Gesamteinwirkzeit und/ oder eine Temperatur im Garraum sein.It is also advantageous if at least one abort criterion is specified when starting the optimization algorithm. This can, as already described above, e.g. be below a certain threshold for a change in the absorption ratio. However, it can also be a maximum number of optimization loops if, for example, a clear search for a minimum of the target function is unsuccessful. Further termination criteria may also include undershooting or exceeding certain parameters, e.g. a total contact time and / or a temperature in the cooking chamber.

In einer vorteilhaften Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass Optimierungsalgorithmen eingesetzt werden, die keine Ableitung oder Ableitungen der Zielfunktion bilden. Derartige Algorithmen können z.B. das Downhill-Simplex-Verfahren, evolutionäre Algorithmen oder Partikelschwarm-Optimierungen sein. Auch der Downhill-Simplex-Algorithmus kommt ohne Ableitungen der Funktion nach den Parametern aus. Durch sinnvolle Vergleiche der Funktionswerte mehrerer Punkte im Parameterraum wird ähnlich wie bei einer Regula falsi mit Schrittweitensteuerung die Tendenz der Werte und der Gradient Richtung Optimum angenähert. Das Verfahren konvergiert nicht extrem schnell, ist aber dafür einfach und relativ robust. Dieses Verfahren ist u.a. in Nelder, John Ashworth; Mead, Roger: A Simplex Method for Function Minimization. Computer Journal, 1965, 7, S. 308–313 , beschrieben.In an advantageous variant of the method it is provided that optimization algorithms are used which do not form a derivative or derivatives of the objective function. Such algorithms can be, for example, the downhill simplex method, evolutionary algorithms or particle-swarm optimizations. The downhill simplex algorithm also works without deriving the function according to the parameters. By means of meaningful comparisons of the function values of several points in the parameter space, the tendency of the values and the gradient towards the optimum are approximated similar to a rule with step size control. The process does not converge extremely fast but is simple and relatively robust. This procedure is inter alia in Nelder, John Ashworth; Mead, Roger: A Simplex Method for Function Minimization. Computer Journal, 1965, 7, pp. 308-313 , described.

Vorteilhaft hinsichtlich einer effizienten und schnellen Suche kann es sein, wenn die Parametervektoren q bzw. deren zeitliche Abfolge analysiert werden, um eine Konvergenz zu überprüfen, und/ oder eine Überprüfung zur Konvergenz zu einem lokal minimalen Absorptionsverhältnis AV durchgeführt wird. Anhand der Güte der Konvergenz kann beurteilt werden, wie schnell sich der Lösungsvektor für den Parametersatz in Richtung des gewünschten Ziels, ein minimales Absorptionsverhältnis AV zu erhalten, bewegt oder ob z.B. Schwingungen auftreten, die eine eindeutige Minimumsuche nicht zulassen.It can be advantageous in terms of an efficient and fast search if the parameter vectors q or their time sequence are analyzed in order to check a convergence and / or a check is carried out for convergence to a locally minimum absorption ratio AV. Based on the quality of the convergence, it can be judged how fast the solution vector for the parameter set moves in the direction of the desired target of obtaining a minimum absorption ratio ΔV, or whether it is e.g. Vibrations occur that do not allow a clear minimum search.

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einer Steuer- und Auswerteeinheit des Mikrowellengeräts eine Ablaufsteuerung implementiert ist, mit der das Verfahren, wie es zuvor in seinen Varianten beschrieben wurde, durchführbar ist, und die Steuer- und Auswerteeinrichtungen Einrichtungen aufweisen, mit denen zum Einen ein Absorptionsverhältnis AV bestimmbar und Mikrowellenparameter sowie weitere Parameter vorgebbar sind. Die Ablaufsteuerung kann dabei softwarebasiert implementiert sein, was insbesondere eine hohe Flexibilität bei einer erforderlichen Anpassung mit sich bringt.The object relating to the device is achieved by implementing in a control and evaluation unit of the microwave device a sequence control with which the method, as described above in its variants, can be carried out, and the control and evaluation devices have devices which on the one hand, an absorption ratio AV determined and microwave parameters and other parameters can be specified. The sequence control can be implemented software-based, which in particular brings a high degree of flexibility in a required adjustment with it.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:

1 in einer schematischen Darstellung ein Mikrowellengerät, 1 in a schematic representation of a microwave oven,

2 in einer schematischen Darstellung einen Suchraum mit zwei Parametern, 2 in a schematic representation a search space with two parameters,

3 in einer schematischen Darstellung den Suchraum mit der erfindungsgemäßen Suchstrategie und 3 in a schematic representation of the search space with the search strategy of the invention and

4 eine Ablaufsteuerung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 a sequence control for carrying out the method according to the invention.

1 zeigt ein Mikrowellengerät 10 mit dem prinzipiellen Aufbau, wie es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Wesentlicher Bestandteil des Mikrowellengeräts 10 ist ein Hohlraum 11, z.B. ein Garraum, in dem sich ein zu erhitzendes Medium 13 befindet. Der Hohlraum 11 ist von einer metallischen Wand 12 mit hoher elektrischer Leitfähigkeit umschlossen, so dass Mikrowellen an dieser metallischen Wand 12 reflektiert werden können. Das Mikrowellengerät 10 weist weiterhin mehrere Antennen auf, welche mindestens als eine Sendeantenne 18 und mindestens als eine Empfangsantenne 19 ausgebildet sind, wobei die Sendeantenne 18 von einem Mikrowellen-Generator 24 gespeist und die Empfangsantenne 19 mit einer Empfangseinheit 25 verbunden ist, mit der sich eine Mikrowellenleistung bestimmen lässt. In einem technischen Ausführungsbeispiel können die Sendeantennen 18 und Empfangsantennen 19 auch in kombinierter Form ausgeführt sein. 1 shows a microwave oven 10 with the basic structure, as it can be used to carry out the method according to the invention. Essential part of the microwave oven 10 is a cavity 11 , Eg a cooking chamber in which a medium to be heated 13 located. The cavity 11 is from a metallic wall 12 enclosed with high electrical conductivity, allowing microwaves to this metallic wall 12 can be reflected. The microwave oven 10 further comprises a plurality of antennas, which at least as a transmitting antenna 18 and at least as a receiving antenna 19 are formed, wherein the transmitting antenna 18 from a microwave generator 24 fed and the receiving antenna 19 with a receiving unit 25 connected to determine a microwave power. In a technical embodiment, the transmitting antennas 18 and receiving antennas 19 also be executed in a combined form.

Weiterhin ist eine Einrichtung zum Drehen des zu erhitzenden Mediums 13 Bestandteil des gezeigten Ausführungsbeispiels des Mikrowellengerätes 10. Diese besteht aus einem Drehteller 14, welcher von einem Antrieb 15 in eine Drehbewegung versetzt werden kann. Weiterhin kann ein Modenrührer 16 vorgesehen sein, der durch seine Drehbewegung, angetrieben mittels eines weiteren Antriebs 17, unterschiedliche Ausbreitungsmodi für die Mikrowellen erzeugen kann.Furthermore, a device for rotating the medium to be heated 13 Component of the illustrated embodiment of the microwave oven 10 , This consists of a turntable 14 , which of a drive 15 can be put into a rotary motion. Furthermore, a mode stirrer 16 be provided by its rotational movement, driven by another drive 17 , can produce different propagation modes for the microwaves.

Eine Steuer- und Auswerteeinheit 20 mit einer soft- und/ oder hardwarebasierten Ablaufsteuerung 40 steuert dabei zum einen über vorgebbare Positionsparameter 21 den Antrieb 15 des Drehtellers 14 und zum anderen über vorgebbare Mikrowellenparameter 22 den Mikrowellen-Generator 24 und damit die Sendeleistung sowie die Einkoppelmodi der Mikrowellen in den Hohlraum 11. Weiterhin kann über Modenrührer-Parameter 23 die Position des Modenrührers 16 über seinen Antrieb 17 vorgegeben werden.A control and evaluation unit 20 with a soft- and / or hardware-based process control 40 on the one hand controls via predefinable position parameters 21 the drive 15 of the turntable 14 and secondly via predefinable microwave parameters 22 the microwave generator 24 and thus the transmission power as well as the coupling-in modes of the microwaves into the cavity 11 , Furthermore, via mode stirrer parameters 23 the position of the fashion stirrer 16 about his drive 17 be specified.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass aus der empfangenen Leistung P_r, welche mit den Empfangsantennen 19 und der Empfangseinheit 25 bestimmt werden kann, und der gesendeten Leistung P_s, welche sich aus den Mikrowellenparametern 22 für den Mikrowellen-Generator 24 ableiten lässt, berechnen lässt, wie viel Leistung P_g das zu erhitzende Medium 13 absorbiert hat. Daraus folgt für das Absorptionsverhältnis AV AV = (P_s – P_r)/P_s = P_g/P_s (1) Das Absorptionsverhältnis ist von mehreren Parametern q₁, ..., q_n abhängig, die in einem Parametervektor q = [q₁, ..., q_n] (2) zusammen gefasst werden. Parameter sind beispielsweise die Amplitude, die Frequenz und die Phase der über mindestens zwei Sendeantennen 18 in den Hohlraum 11 abgestrahlten Mikrowellen, die Position des zu erhitzenden Mediums 13 sowie die Stellung des Modenrührers 16.The inventive method provides that from the received power P _r , which with the receiving antennas 19 and the receiving unit 25 can be determined, and the transmitted power P _s , resulting from the microwave parameters 22 for the microwave generator 24 Derive, how much power P _g can calculate the medium to be heated 13 has absorbed. It follows for the absorption ratio AV AV = (P _s -P _r ) / P _s = P _g / P _s (1) The absorption ratio depends on several parameters q ₁ ,..., Q _n , which are in a parameter vector q = [q ₁ , ..., q _n ] (2) be summarized. Parameters include, for example, the amplitude, frequency and phase of at least two transmit antennas 18 in the cavity 11 radiated microwaves, the position of the medium to be heated 13 as well as the position of the fashion stirrer 16 ,

Um eine gleichmäßige Erwärmung des zu erhitzenden Mediums 13 zu erreichen, muss – wie in der WO 2011/058538 A1 erläutert – bevorzugt bei denjenigen Parametersätzen q Energie in den Hohlraum 11 abgestrahlt werden, die einem niedrigen Absorptionsverhältnis AV zugeordnet sind. To a uniform heating of the medium to be heated 13 To achieve, as in the WO 2011/058538 A1 explains - preferably in those parameter sets q energy in the cavity 11 are emitted, which are associated with a low absorption ratio AV.

Die Energiezufuhr ändert nach einiger Zeit die Eigenschaften des zu erhitzenden Mediums 13. Die Temperatur erhöht sich und/ oder es finden Phasenübergänge statt (z.B. beim Auftauen von fest nach flüssig). Diese Änderung der Eigenschaften des Mediums 13 (bei konstant gehaltenen Parametern q) beeinflusst ebenfalls das Absorptionsverhältnis. Somit lässt sich aus der Änderung des Absorptionsverhältnisses AV schließen, dass sich ein Teil des Mediums 13, dem durch die aktuell gewählten Parameter bevorzugt Energie zugeführt wird, erwärmt hat oder ein Phasenübergang stattgefunden hat.The energy supply changes after a while the properties of the medium to be heated 13 , The temperature increases and / or phase transitions take place (eg during thawing from solid to liquid). This change in the properties of the medium 13 (with constant parameters q) also influences the absorption ratio. Thus, it can be concluded from the change of the absorption ratio AV that part of the medium 13 which is preferably supplied with energy by the currently selected parameters, has heated or a phase transition has taken place.

Wächst das Absorptionsverhältnis AV stark an, so führt weitere Energiezufuhr zu einem schnellen Aufheizen. Es können Hot-Spots entstehen. Weiterhin kann eine gleichmäßige Erwärmung nicht erreicht werden. Deshalb ist es notwendig, das Absorptionsverhältnis AV während der Energiezufuhr ständig zu überprüfen und auf Änderungen zu reagieren. If the absorption ratio AV increases strongly, then further energy supply leads to rapid heating up. Hot spots can arise. Furthermore, a uniform heating can not be achieved. Therefore, it is necessary to constantly check the absorption ratio AV during the power supply and to respond to changes.

Möchte man eine homogene Erwärmung des Mediums erreichen, so ist es sinnvoll, die Energiezufuhr mit den aktuellen Parametern q zu stoppen, wenn das Absorptionsverhältnis AV stark ansteigt. Ein neuer Parametervektor q, der zu einem kleineren AV führt, muss gefunden werden. Die Art und Weise nach diesen neuen Parametern zu suchen, ist der Kern der hier beschriebenen neuen Erfindung. If you want to achieve a homogeneous heating of the medium, it makes sense to stop the energy supply with the current parameters q, if the absorption ratio AV increases sharply. A new parameter vector q leading to a smaller AV must be found. The way to search for these new parameters is at the heart of the new invention described herein.

Die bisher bekannte Vorgehensweise ist in der WO 2011/058538 A1 beschrieben und besteht aus einer breit angelegten Suche. Das bedeutet, für viele unterschiedliche Parametervektoren q_i wird jeweils das Absorptionsverhältnis AV_i bestimmt. Die Parameter q_i, die zu dem kleinsten AV_i führen, werden dann ausgewählt. The previously known procedure is in the WO 2011/058538 A1 described and consists of a broad search. This means that the absorption ratio AV _{i is} determined in each case for many different parameter vectors q _i . The parameters q _i leading to the smallest AV _i are then selected.

Problematisch bei dieser Methode ist die Wahl der Rasterung 34 eines Suchraums 30, wie dies in 2 schematisch für den zweidimensionalen Fall, d.h. für einen ersten Parameter q₁ und für einen zweiten Parameter q₂ dargestellt ist. Jeder Punkt steht für einen Parametervektor 33. Weiterhin sind in 2 und auch in 3 Zielfunktion-Höhenlinien 35 mit einem Minimum 36 dargestellt. Bei der in 2 gewählten groben Rasterung 34 (hier beispielsweise 20 Parametervektoren 33) wird das Minimum 36 nicht gefunden. Eine feinere Rasterung 34 des Suchraums ist sehr viel aufwendiger. Geht man von einer Anzahl von x Stützstellen für jeden Parametervektor q_x 33 aus, so wächst die Anzahl Z der zu überprüfenden Parametervektoren 33 exponentiell mit der Dimension des Suchraums, d.h. mit Z = xⁿ (3) The problem with this method is the choice of screening 34 a search space 30 like this in 2 schematically for the two-dimensional case, ie for a first parameter q ₁ and for a second parameter q _{2 is} shown. Each point stands for a parameter vector 33 , Furthermore, in 2 and also in 3 Objective function level crossings 35 with a minimum 36 shown. At the in 2 chosen coarse gridding 34 (here for example 20 parameter vectors 33 ) becomes the minimum 36 not found. A finer screening 34 the search space is much more expensive. Assuming a number of x nodes for each parameter vector q _x 33 off, the number Z of the parameter vectors to be checked increases 33 exponential with the dimension of the search space, ie with Z = x ⁿ (3)

Diese Tatsache ist auch als Fluch der Dimensionalität (Curse of Dimensionality) in der Literatur bekannt (siehe z.B. Richard E. Bellman. Dynamic programming. Princeton University Press, 1957. ISBN 978-0-691-07951-6 ).This fact is also known as the Curse of Dimensionality (see eg Richard E. Bellman. Dynamic programming. Princeton University Press, 1957. ISBN 978-0-691-07951-6 ).

Für diese Suchmethode ergeben sich deshalb zwei Varianten:

• Der Suchraum 30 wird sehr fein gerastert, um ein Minimum 36 möglichst präzise zu treffen. Die Bestimmung der Absorptionsverhältnisse AV_i dauert sehr lange.
• Der Suchraum 30 wird nur grob gerastert und somit nicht gut abgedeckt. Die Wahrscheinlichkeit ein Minimum 36 zu treffen ist gering.

There are two variants for this search method:

• The search space 30 is very finely rasterized to a minimum 36 to hit as precisely as possible. The determination of the absorption ratios AV _i takes a very long time.
• The search space 30 is only roughly rasterized and thus not well covered. The probability a minimum 36 to hit is low.

Beide Varianten sind nicht zufriedenstellend. Besonders im Hinblick auf Variante 1 muss berücksichtigt werden, dass sich das Absorptionsverhalten durch den Leistungseintrag ändert (zeitvariante Zielfunktion) und die Suche somit während des Aufheizens regelmäßig wiederholt werden muss. Eine zeitaufwendige Suche durch feine Rasterung macht sich dann deutlich bemerkbar.Both variants are not satisfactory. Particularly with regard to variant 1, it must be taken into account that the absorption behavior changes as a result of the power input (time-variant target function) and the search thus has to be repeated regularly during the heating process. A time-consuming search by fine screening is then clearly noticeable.

Der Kern der im Folgenden beschriebenen Erfindung ist eine optimierungsbasierte Vorgehensweise, mit der sich schnell Parametersätze mit einem niedrigen Absorptionsverhältnis AV finden lassen. Dadurch entfällt ein langwieriges Ausprobieren unterschiedlicher Parameterkombinationen.The core of the invention described below is an optimization-based procedure with which parameter sets with a low absorption ratio AV can be found quickly. This eliminates a tedious trial and error of different parameter combinations.

Die Grundidee der optimierungsbasierten Vorgehensweise ist die Umgebung 38 eines initialen Parametervektors q_init (Startlösung 37) abzusuchen und in Richtung des Parametervektors 33 weiterzugehen, der in der untersuchten Umgebung 38 zu dem kleinsten AV führt, wie dies 3 schematisch zeigt. Danach wird die Umgebung dieses neuen Parametervektors 33 untersucht und wieder ein Schritt in Richtung des benachbarten Parametervektors 33 gemacht, der zu einem kleineren AV führt. Dieses Vorgehen wird solange wiederholt, bis sich keine signifikante Verbesserung mehr ergibt. The basic idea of the optimization-based approach is the environment 38 an initial parameter vector q _init (start solution 37 ) and in the direction of the parameter vector 33 continue in the investigated environment 38 leads to the smallest AV, like this 3 schematically shows. Then the environment of this new parameter vector becomes 33 examined and again a step in the direction of the adjacent parameter vector 33 made, which leads to a smaller AV. This procedure is repeated until no significant improvement results.

Ist ein Minimum 36 von AV näherungsweise gefunden, wird dem zu erhitzenden Medium 13 Energie zugeführt. Dabei wird regelmäßig überprüft, ob sich der Wert von AV durch die zugeführte Energie geändert hat. Steigt AV stark an, so wird die Energiezufuhr gestoppt und ein neuer Parametervektor q 33 gesucht, der zu einem neuen Minimum 36 von AV führt. Is a minimum 36 of AV approximately found, becomes the medium to be heated 13 Energy supplied. It is checked regularly whether the value of AV has changed by the supplied energy. If AV increases sharply, the energy supply is stopped and a new parameter vector q 33 wanted that to a new minimum 36 leads from AV.

Ein Flussdiagramm der Ablaufsteuerung 40 (vergl. 1) des neuen Aufheizprogramms ist in 4 dargestellt.A flowchart of the flow control 40 (Comp. 1 ) of the new heating program is in 4 shown.

Nach dem Start der Ablaufsteuerung 40 für das Aufheizprogramm (Start 41) wird in einer ersten Funktionseinheit 42 ein Optimierungsalgorithmus neu initialisiert. In einer zweiten Funktionseinheit 43 wird mittels des Optimierungsalgorithmus ein Lösungsvektor q mit minimalem Absorptionsverhältnis AV gesucht. Ist das zu diesem Lösungsvektor q bestimmte Absorptionsverhältnis AV kleiner als ein applizierbarer Schwellwert, was in einer ersten Abfrage 44 bestimmt wird, wird in einer dritten Funktionseinheit 46 ein Heizen für ein bestimmtes Zeitintervall mit dem Parametersatz q vorgegeben. Falls dies nicht der Fall sein sollte, wird in einer zweiten Abfrage 45 geprüft, ob weiter geheizt werden soll. Falls dem nicht so ist, wird das Aufheizprogramm beendet (Ende 48). Falls weiter geheizt werden soll, wird der Optimierungsalgorithmus in der Funktionseinheit 42 neu initialisiert und der Kreislauf beginnt von neuem. Wird beim Heizen mit dem in der dritten Funktionseinheit 46 festgelegten Zeitintervall und dem Parametersatz q eine Veränderung des Absorptionsverhältnisses AV festgestellt, wobei das Absorptionsverhältnis AV den Schwellwert übersteigt, was mit der dritten Abfrage 47 überprüft wird, wird innerhalb der zweiten Abfrage 45 bestimmt, ob weiter geheizt werden soll. Ist dem nicht so, wird für ein weiteres Zeitintervall mit dem Parametersatz q geheizt (Funktionseinheit 46).After the start of the process control 40 for the heating program (Start 41 ) is in a first functional unit 42 an optimization algorithm reinitialized. In a second functional unit 43 a solution vector q with a minimum absorption ratio AV is searched by means of the optimization algorithm. If the absorption ratio AV determined for this solution vector q is smaller than an applicable threshold value, which is a first query 44 is determined is in a third functional unit 46 a heating for a certain time interval with the parameter set q predetermined. If this is not the case, in a second query 45 Checked if you want to continue heating. If this is not the case, the heating program is ended (end 48 ). If heating is to be continued, the optimization algorithm in the functional unit 42 reinitialized and the cycle starts again. When heating with the in the third functional unit 46 fixed time interval and the parameter set q a change in the absorption ratio AV found, the absorption ratio AV exceeds the threshold, which is the third query 47 is checked within the second query 45 determines whether heating is to continue. If this is not the case, heating is continued for another time interval with the parameter set q (functional unit 46 ).

Die grundlegende Neuerung der hier beschriebenen Methode ist der Optimierungsalgorithmus in der zweiten Funktionseinheit 43. Dieser findet gezielt ein lokales Minimum durch Auswerten des Zusammenhangs zwischen q und AV, d.h. der unbekannten Zielfunktion die q auf AV abbildet. Dabei tastet sich der Algorithmus schrittweise in die Nähe des Minimums 36.The fundamental novelty of the method described here is the optimization algorithm in the second functional unit 43 , This finds a specific local minimum by evaluating the relationship between q and AV, ie the unknown objective function that maps q to AV. In doing so, the algorithm will step by step into the vicinity of the minimum 36 ,

Prinzipiell sind alle Optimierungsverfahren möglich, die keine Ableitung(en) der Zielfunktion bilden müssen (sog. ableitungsfreie Verfahren). Beispielhaft seien hier das Downhill-Simplex-Verfahren, evolutionäre Algorithmen oder Partikelschwarm-Optimierung genannt.In principle, all optimization methods are possible which do not have to form a derivation (s) of the objective function (so-called derivation-free methods). Examples include the downhill simplex method, evolutionary algorithms or particle swarm optimization.

Bevor der Algorithmus mit der Optimierung starten kann, ist eine Initialisierung nötig. Bei der Initialisierung werden folgende Dinge festgelegt:

• Die Startlösung 37, d.h. ein Parametervektor q_init kann z.B. zufällig gewählt oder bei bekanntem zu erhitzendem Medium 13 aufgrund von Erfahrungswerten so festgelegt werden, dass er sich in der Nähe eines Minimums 36 befindet.
• Suchparameter des Algorithmus, d.h. beispielsweise ein initialer Wert für die Größe der abzusuchenden Umgebung der Startlösung 37, Suchrichtungen und Schrittweiten. Die genauen Parameter hängen von dem gewählten Optimierungsalgorithmus ab und können auch zur Laufzeit angepasst werden.
• Weiterhin werden auch Abbruchkriterien festgelegt.

Before the algorithm can start with the optimization, an initialization is necessary. During initialization, the following things are set:

• The starting solution 37 , ie a parameter vector q _init can be chosen randomly, for example, or if the medium to be heated is known 13 based on empirical values be set so that it is close to a minimum 36 located.
• Search parameter of the algorithm, ie, for example, an initial value for the size of the environment to be searched for the starting solution 37 , Search directions and step sizes. The exact parameters depend on the chosen optimization algorithm and can also be adjusted at runtime.
• Furthermore, termination criteria are also defined.

Grundsätzlich ist es dabei sinnvoll, dass die Parametervektoren q bzw. deren zeitliche Abfolge analysiert werden, um eine Konvergenz zu überprüfen. Charakteristisch für die hier vorgeschlagene Methode ist der Optimierungsalgorithmus, der ein Minimum von AV sucht. Dabei tastet er sich schrittweise voran. Die Parametervektoren q, die während dieses Suchvorgangs vom Algorithmus eingestellt werden, befinden sich demnach immer in der Nachbarschaft der Parametervektoren aus dem letzten Schritt. Außerdem sollte eine Konvergenz zu einem lokal minimalen AV erkennbar sein, was entsprechend in weiteren Subroutinen überprüft werden kann. Aber auch bei Optimierungsalgorithmen, die parallel an mehreren Stellen im Suchraum nach einer Lösung suchen (Evolutionäre Algorithmen, Partikelschwarm-Optimierung), ist eine Analyse der zeitlichen Abfolge zur Konvergenzüberprüfung vorteilhaft.In principle, it makes sense to analyze the parameter vectors q or their temporal sequence in order to check a convergence. Characteristic of the method proposed here is the optimization algorithm, which seeks a minimum of AV. He feels his way step by step. The parameter vectors q, which are set by the algorithm during this search process, are thus always in the neighborhood of the parameter vectors from the last step. In addition, a convergence to a locally minimal AV should be recognizable, which can be checked accordingly in further subroutines. But even with optimization algorithms that search for a solution in parallel at several points in the search space (evolutionary algorithms, particle swarm optimization), an analysis of the time sequence for the convergence check is advantageous.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2011/058538 A1 [0009, 0011, 0012, 0015, 0034, 0038]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Nelder, John Ashworth; Mead, Roger: A Simplex Method for Function Minimization. Computer Journal, 1965, 7, pp. 308-313 [0022]
Richard E. Bellman. Dynamic programming. Princeton University Press, 1957. ISBN 978-0-691-07951-6 [0040]

Claims

Method for heating a medium ( 13 ) with microwaves in a cavity ( 11 ) of a microwave device ( 10 ) with metallic conductive walls ( 12 ) is substantially enclosed, wherein the homogenization of the field or to avoid hot spots, a variation of the microwave parameters, such as frequency, amplitude and / or phase, and other parameters made and for each parameter set q a proportion of the absorbed power is determined wherein a homogeneous heating of the medium to be heated is achieved, preferably when parameter sets power into the cavity ( 11 ), which are associated with a low absorption ratio AV, the absorption ratio AV being formed from the ratio between the incident and received power and the radiated power, characterized in that an environment of an initial parameter vector q _init as an Starting solution ( 37 ) and in the direction of the parameter vector ( 33 ), which leads to the lowest absorption ratio in the investigated environment, after which the environment of this new parameter vector ( 33 ) and a step is taken again in the direction of the adjacent parameter vector, which leads to a smaller absorption ratio AV.

A method according to claim 1, characterized in that this procedure is repeated until there is no significant improvement and the absorption ratio AV a minimum ( 36 ) or a change in the absorption ratio is below an applicable threshold.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that when a minimum ( 36 ) of the absorption ratio was approximately found to the medium to be heated ( 13 ) is supplied with energy for a certain time interval and it is checked regularly whether the value of the absorption ratio AV has changed due to the supplied energy.

Method according to claim 3, characterized in that, when the absorption ratio AV has increased, the energy supply is stopped and a new parameter vector q (FIG. 33 ), which leads to a new minimum.

Method according to at least one of Claims 1 to 4, characterized in that, when the optimization algorithm is started, the initial parameter vector q _{init is used} as starting solution ( 37 ) selected randomly or with known medium to be heated ( 13 ) is determined on the basis of empirical values in such a way that the resulting absorption ratio AV is close to a minimum ( 36 ) is located.

Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that at the start of the optimization algorithm or at runtime, ie between iterations of the algorithm, search parameters, such as the initial value for the size of the environment to be searched for the starting solution ( 37 ), a search direction and / or a step size depending on the selected optimization algorithm and / or adapted by the runtime.

Method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that at least one termination criterion is set at the start of the optimization algorithm.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that optimization algorithms are used which do not form a derivative or derivatives of the objective function.

Method according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the parameter vectors q or their temporal sequence are analyzed in order to check a convergence, and / or a check is carried out for convergence to a locally minimal absorption ratio AV.

Device, in particular a microwave device ( 10 ), for heating a medium ( 13 ) with microwaves in a cavity ( 11 ) with metallic conductive walls ( 12 ) is substantially enclosed, wherein for the homogenization of the field or to avoid hot spots, a variation of the microwave parameters, such as frequency, amplitude and / or phase, and other parameters vornehmbar and for each parameter set q a portion of the absorbed power can be determined , wherein a homogeneous heating of the medium to be heated is achieved when by means of at least one transmitting antenna ( 18 ) prefers performance in the cavity ( 11 ) which is associated with a low absorption ratio ΔV, wherein the absorption ratio AV is calculated from the ratio of the difference between the radiated in and by means of at least one receiving antenna ( 19 ) received power and the radiated power can be determined, characterized in that in a control and evaluation unit ( 20 ) of the microwave device ( 10 ) a flow control ( 40 ) is implemented, with which the method according to the claims 1 to 9 is feasible, and the control and evaluation devices ( 20 ) Has facilities with which on the one hand an absorption ratio AV determined and microwave parameters and other parameters can be specified.