EP3673711A2 - Betreiben eines mikrowellen-haushaltsgeräts - Google Patents

Betreiben eines mikrowellen-haushaltsgeräts

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Publication number
EP3673711A2
EP3673711A2 EP18743016.0A EP18743016A EP3673711A2 EP 3673711 A2 EP3673711 A2 EP 3673711A2 EP 18743016 A EP18743016 A EP 18743016A EP 3673711 A2 EP3673711 A2 EP 3673711A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microwave
vector
velocity vector
parameter vector
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18743016.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kerstin RIGORTH
Sebastian Sterz
Matthias Vogt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP3673711A2 publication Critical patent/EP3673711A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/70—Feed lines
    • H05B6/705—Feed lines using microwave tuning
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C7/00—Stoves or ranges heated by electric energy
    • F24C7/02—Stoves or ranges heated by electric energy using microwaves
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/6447—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/66—Circuits
    • H05B6/68—Circuits for monitoring or control
    • H05B6/687—Circuits for monitoring or control for cooking
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/72—Radiators or antennas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a microwave domestic appliance having at least one microwave source, at least one microwave antenna for irradiating microwaves in a treatment room and a control device for controlling the microwave domestic appliance based on microwave parameters, wherein in the method of the treatment room with multiple quantized Microwave parameters are applied to microwaves and an associated microwave reading is determined.
  • the invention also relates to a correspondingly configured microwave domestic appliance.
  • the invention is particularly advantageously applicable to self-contained microwave cooking appliances or to microwave combination appliances, e.g. on an oven with microwave function.
  • the heating of food with microwaves in a designated as cooking chamber treatment room of a microwave cooking appliance should be as uniform as possible and with high efficiency.
  • a variation of the microwave parameters such as frequency, amplitude and phase of the radiated microwaves can cause a change in a field distribution of the microwaves in the cooking chamber, which have the required properties with a suitable choice of the microwave parameters.
  • microwave parameters A variation of microwave parameters is basically known. It is assumed that an ideal cooking process effected by means of microwave radiation can be determined by measuring and correlating the microwave power introduced into the cooking chamber via a microwave antenna system and the power radiated back to the antenna system via the cooking chamber.
  • an absorption ratio AV is defined, which is defined for an antenna system with n antennas or channels as:
  • ⁇ ⁇ (n) denotes an introduced ("forward") microwave power and P ref (n) a reflected microwave power of the respective channel.
  • the reflected microwave power P r e f (n) may be composed of the intrinsic reflection of this channel in the cooking chamber and a transmission of microwave power from other channels.
  • the absorption ratio AV is generally dependent on the choice of an m-component parameter tuple or parameter vector k
  • microwave parameters k can include, for example, frequency, phase and / or amplitude and are adjustable as control parameters.
  • Non-electrical quantities such as an (angular) position of a mechanical mode stirrer, can also be used as microwave parameters or vector components.
  • All microwave parameters k are usually quantized and may in particular have a minimum value and / or a maximum value.
  • the first microwave parameter k-1 can correspond to a microwave frequency which, for example, can assume values ⁇ from the value range [2400 MHz, 2401 MHz,. The value range thus has values which have a step size of 1 MHz or which are "quantized" with a step size of 1 Hz.
  • WO 201 1/058538 A1 scans an m-dimensional parameter space and then supplies energy to the food to be cooked with suitable parameter vectors.
  • WO 201 1/058538 A1 discloses a device for applying electromagnetic energy to a load.
  • the apparatus includes at least one processor configured to receive information corresponding to a dissipated energy for each of a plurality of modulation space elements and to group a plurality of modulation space elements into at least two subsets, based on the obtained information relating to dissipated energy.
  • the processor may also be configured to associate a power supply protocol with each of the at least two subsets, the power transmission protocol being different between the two subsets and governing the power applied to the load in accordance with each power transmission protocol.
  • WO 201 1058538 A1 a homogeneous heating is thus achieved at a low value of AV. A high part of the introduced Microwave power is reflected back into the source, and there are no hot spots in the food, which would only result in a one-off heating. WO 201 1058538 A1 examines a parameter space once completely and can no longer follow changes, such as those caused by cooking processes.
  • DE 10 2014 200 355 A1 relates to a method and a device 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 set of parameters, a proportion of the absorbed power is determined, with a homogeneous heating of the medium to be heated is achieved, when preferably at parameter sets power is emitted into the cavity are associated with a 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.
  • an optimization algorithm first searches an environment of an initial parameter vector 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 examines the environment of this new parameter vector and again a step in the direction of the adjacent parameter vector, which leads to a lower absorption ratio AV.
  • the method disclosed in DE 10 2014 200 355 A1 corresponds to a downhill simplex method. This procedure is performed iteratively until finding a minimum absorption ratio AV. At this point, microwave power is applied until the absorption ratio AV appreciably increases. Then the procedure starts again. Thus, even with DE 10 2014 200 355 A1, a homogeneous heating is achieved at a low value of ⁇ V.
  • DE 10 2014 200 355 A1 is also static and first has to find a suitable parameter set or parameter vector before the cooking process begins.
  • US 9 265 097 B2 discloses a method of processing an object and comprises heating the object by applying radio frequency (RF) energy, monitoring a value related to an absorption rate of the RF energy by the object during heating, and adjusting the RF energy in accordance with changes in a time derivative of the monitored value.
  • RF radio frequency
  • the object is achieved by a method for operating a microwave domestic appliance with at least one microwave source for generating microwaves, at least one microwave antenna for irradiating the microwaves in a treatment room and a control device for controlling the microwave domestic appliance on the basis of m respectively quantized microwave parameters, in which (a) microwaves are applied to the treatment space in accordance with a current parameter vector k and an associated microwave reading is determined; (b) a first vector a (hereinafter referred to as "acceleration vector" without limitation of generality) component by component based on a difference of that for the current one Parametric vector k determined microwave measured value and a microwave measurement value for a parameter vector whose respective component has been modified is calculated, (c) an m-component second vector v (in the following without limitation of the general unit is referred to as a "velocity vector”) by adding the acceleration vector a to a current velocity vector v and determining the modified velocity vector v 'as the new current velocity vector, (d) determining another parameter vector
  • the method has the advantage that a trajectory of the movement of the parameter vector leads targeted and particularly effective to areas with at least locally extreme (minimum or maximum) microwave parameters and thus to a homogeneous and possibly efficient heating of the food or the food.
  • the method has the further advantage that it is dynamic and can react in real time to rapid changes in the food caused by the cooking process, e.g. Foods that fall apart, deliquesce, change their liquid content by rapid evaporation, or otherwise show a rapid change in their reflectance.
  • the microwave field introduced into the treatment room or cooking chamber adapts to the changes while the cooking process continues.
  • a comparatively small subset of the parameter space or potential space spanned by the parameter vectors k is needed for adapting the introduced microwaves.
  • the next adjustment is made on the basis of a subsequent run of steps (a) to (d) and is therefore always system-updated.
  • the method is advantageously capable of finding operating points or parameter vectors which correspond to a particularly high reflection of the microwaves.
  • the resulting avoidance of hot spots prevents a punctual heating of the food.
  • the method is advantageously also able to find operating points or parameter vectors corresponding to a low reflection of the microwaves. With low reflection, more power is transferred to the food. This can be used to heat food or food evenly if the hot spots are evenly distributed in the food. It is particularly advantageous to go through as many working points or parameter vectors as possible with low reflection or locally minimal reflection. This variant allows a particularly high efficiency and results in a particularly low component load and a special low development of waste heat. It is a development of this that is omitted in semiconductor systems on a protective device (circulator), as found in operating points with low reflection or of areas around these points no harmful feedback to the semiconductor.
  • the method has the further advantage that it adapts very quickly to the food to be treated.
  • the operating speed only decreases linearly with the number m of the control parameters k m
  • the operating speed increases exponentially with the number m.
  • the method according to DE 10 2014 200 355 A1 also has to perform up to 3m-1 measuring operations per iteration for a complete scanning of the surroundings of a point and is therefore hardly suitable for higher-dimensional control tasks, ie control with a large number of control parameters.
  • the microwave domestic appliance may be a self-contained microwave cooking appliance or a microwave combination appliance, eg an oven with microwave function.
  • the at least one microwave source may comprise at least one magnetron.
  • the at least one microwave antenna may include one or more microwave antennas or channels. Several microwave antennas may also be referred to as an antenna system.
  • the at least one microwave source and the at least one microwave antenna may together also be referred to as a microwave system.
  • the treatment room can be referred to as cooking oven in a configuration of the microwave domestic appliance as a microwave cooking appliance.
  • microwave parameters corresponds to the use of m different microwave parameters.
  • the fact that the microwave parameters are quantized comprises, in particular, that the respective values which the microwave parameter can assume are in each case stepwise adjustable.
  • the microwave frequency can be the values [902 MHz, 903 MHz, 928 MHz] and / or [2400 MHz, 2401 MHz, 2500 MHz].
  • the m microwave parameters correspond to vector components of the parameter vector k.
  • the acceleration vector a is an m-component vector
  • the microwave measured values can be measured in a basically known manner by means of the microwave domestic appliance, for example by means of a directional coupler.
  • the product is defined here such that g ⁇ a itself is again a vector with the components gi ⁇ ai, g 2 ⁇ a 2 , and so on. g may alternatively be written as a diagonally occupied matrix.
  • the value difference of the microwave measured value MW of a microwave parameter determines - depending on the choice of g - the direction and the value by which the parameter vector k is accelerated.
  • step (d) depending on the respective velocity component v, it is determined whether, in which direction and possibly how much the microwave parameters k are changed.
  • At least one action can be triggered upon the fulfillment of an abort condition.
  • step (c) can also be carried out before step (b).
  • the method usually leads to a parameter vector or operating point, which in particular corresponds to a local extremum (minimum or maximum) of the microwave measured value in the parameter space.
  • the parameter vector can pause or pass through this extreme parameter vector or operating point.
  • the microwave measured value is a reflectance RG of the microwave radiation.
  • the reflectance RG can as To be defined. Alternatively or additionally, the absorption ratio be used.
  • step (b) the respective component k, (i + j) of the component-modified parameter vector k mQ d is modified by changing a value of this component by a predetermined step width j.
  • the step width j can basically be specified as desired. It is a particularly advantageous development that the control parameter k, (i) is moved in the positive direction of the screening or step sequence, that is, starting from the quantization or grid position ⁇ on the grid position ⁇ + j with j> 0 is moved, if v , takes a positive value. If V has a negative value, it is a development that is selected as the next raster position ij with j> 0.
  • the change j is advantageously 1 in terms of amount, ie, that an adjacent value is used. It is a further embodiment that in step (c) the velocity vector v is modified by adding to the current velocity vector v a product of the current acceleration vector a and a predetermined scalar acceleration constant g.
  • g is now a constant number that is the same for all components a.
  • the product g ⁇ a is a vector with the components g ai, g ⁇ a 2 , etc. This embodiment is particularly easy to implement.
  • the current parameter vector k is modified by virtue of its components k, by means of the associated components v. of the current velocity vector v.
  • This embodiment is particularly easy to implement.
  • step (d) is performed only when an amount of the velocity vector v reaches or exceeds a predetermined threshold. This makes it easier to find an extreme value of the microwave measurement value since small differences in the microwave measurement value no longer affect the parameter vector.
  • step (d) for a component k is performed only when an amount
  • the corresponding component v, of the velocity vector v reaches or exceeds a predetermined threshold value. It is particularly advantageous if j 1.
  • This condition can be applied component by component and / or to the whole parameter vector.
  • step (c) the velocity vector is modified by additionally subtracting a factor ("friction factor") f in opposition to a direction of the velocity vector.
  • a factor "friction factor”
  • the friction factor f causes the magnitude of the components of the velocity vector v to be reduced, thereby reducing the virtual velocity of the parameter vector in the parameter space, at least component by component.
  • the friction factor f may be the same for all components or may be different component by component. That the friction factor f is subtracted in opposition to the direction of the velocity vector may include
  • step (c) the velocity vector v is modified by being amplified at intervals. This gives the advantage that speed lost due to the friction factor f can be returned to the velocity components v i.
  • the search strength of the method can be considerably increased by a suitable choice of the values of g and / or f.
  • For the movement of the parameter vector k is given a chaotic or practically chaotic variable by f and the regular amplification of v, which considerably increases the statistical search strength and avoids repetitions or redundancies of the traversal in the parameter space.
  • step (c) the velocity vector v is modified by being reset at intervals to a standard value, wherein the directional information of the individual components v, can be maintained. Obtaining the direction information is to be equated with a constant sign of v ,. This provides the advantage that the implementation can be implemented with very little computational effort.
  • the time intervals are regular intervals. It is particularly advantageous if the component-wise amplification is provided with a component-wise random distribution.
  • This development has the advantage that the movement of the parameter vector in the parameter space becomes "chaotic". For this development leads to a "fidgeting" and prevents jamming on certain Trajek- torien in the parameter space, such as an unlimited swinging back and forth in a narrow potential well, which can practically lead to a retention of hotspots and thus burns in the food.
  • step (d) when for a component k, an edge of a range of values is reached, a sign of the associated speed component V, is reversed. This corresponds to a reversal of the velocity component V, at the edge.
  • an initial parameter vector and an initial velocity vector are given as current vectors at the beginning of the method. It is a development that the initial parameter vector and / or the initial velocity vector are selected at random. It is still a further development that the initial parameter vector and / or the initial velocity vector are selected on the basis of history data, eg corresponding to a vector of a previously performed vector. process sequence or a position in parameter space whose environment has not yet been passed through.
  • step (e) at least one action can be triggered upon the occurrence of at least one termination condition.
  • step (e) with the occurrence of at least one termination condition the method with a different initial parameter vector and / or with a different initial velocity vector is performed again.
  • step (e) with the occurrence of at least one termination condition the method with a different initial parameter vector and / or with a different initial velocity vector is performed again.
  • This embodiment is based on the surprising finding that the parameter vector k is typically located much more frequently in a local area which surrounds a maximum or minimum to be reached and likewise gives high or low values of the microwave measured value. Regions with opposite (low or high) values to the type of extremum, on the other hand, are traversed quickly.
  • step (e) is alternated in step (e) with the occurrence of at least one termination condition between a minimum search and a maximum search of the microwave value. This can be done with or without changing the initial parameter vector and / or the initial velocity vector. Changing between minima and maxima search can be dependent on a stalled or activated cooking program.
  • step (e) with the occurrence of at least one termination condition, the current parameter vector is maintained. It is therefore a stable operating point maintained, for example, until the end of the cooking cycle. This can be particularly advantageous for short treatment periods.
  • the at least one termination condition includes that, for a given number of continuous loops of steps (a) to (e), the parameter vector is not modified.
  • the at least one termination condition includes that for a given number of continuous loops of steps (a) to (e) the microwave measurement value no longer appreciably changes. It is yet an embodiment that the at least one termination condition comprises that information of at least one dedicated sensor fulfills a predetermined condition.
  • infrared sensors can monitor the food and, when detecting a hotspot, set the value of g to a negative number (equivalent to searching for points with maximum reflection) to better distribute the temperatures equally.
  • the at least one termination condition includes terminating the method, e.g. by completing the associated cooking process. This can be done, for example, on the basis of reaching a preset cooking duration, ending a cooking program, reaching a predetermined cooking temperature, etc.
  • termination conditions are not limited to this.
  • the object is also achieved by a microwave domestic appliance with at least one microwave source, at least one microwave antenna for irradiating microwaves in a treatment room and a control device for controlling the microwave domestic appliance based on m quantized microwave parameters, wherein the control device by performing the method according to one of previous claims is set up.
  • the microwave domestic appliance can be designed analogously to the method and has the same advantages.
  • the microwave domestic appliance is advantageously a microwave cooking appliance, for example an independent microwave cooking appliance or a microwave combination appliance, for example an oven with microwave function.
  • the controller 5 is configured (e.g., programmed) to run a method SO-S6 to operate a home microwave appliance 1.
  • a method SO-S6 an initial m-dimensional parameter vector k_init and an initial-dimensional velocity vector v_init are first defined in a step S0 as the current parameter vector k and the current velocity vector v.
  • a step S1 the treatment space 4 is subjected to microwaves in accordance with the current parameter vector k, and an associated microwave measured value MW (k) is measured, in particular in the form of a reflectance.
  • an acceleration vector a is calculated component-by-component on the basis of a difference of the microwave measured value MW (k) and a microwave measured value MW (k mQd ) for the current parameter vector k in the form of a reflectance for a parameter vector k m0d whose respective component a , has been modified.
  • the velocity vector v is modified by adding the acceleration vector a to a current velocity vector v and determining a modified velocity vector v 'as the new current velocity vector v.
  • the current velocity vector v can be a product of the current acceleration vector a and a predetermined acceleration vector.
  • n Trentskonstanten g be added.
  • a friction factor f can be deducted, possibly also component by component.
  • the velocity vector v can also be modified by increasing it at intervals.
  • a further parameter vector k ' is determined by modifying the current parameter vector k by means of the new actual velocity vector v.
  • the further parameter vector k ' is then defined as the new current parameter vector k.
  • This modification may be performed component by component and, in particular, linked to an amount of the velocity vector or a respective component of the velocity vector reaching or exceeding a predetermined threshold. If an edge of a value range is reached for a component of the parameter vector k, a sign of the associated velocity component can be reversed.
  • a predetermined termination condition is met. If this is not the case ("n"), a branch is made back to step S1.
  • the abort condition may include that for a given number of continuous loops of steps S1 through S4, the parameter vector is not modified.
  • An abort condition may alternatively or additionally include that for a given number of continuous loops of steps S1 to S4, the microwave measurement value MW no longer appreciably changes.
  • At least one action is triggered in step S6. This action may include branching to step S0 and selecting another initial parameter vector k_init and selecting another velocity vector v_init. Alternatively, the last found parameter vector k can be kept constant for the remaining duration of the treatment process.
  • ⁇ On, “an”, etc. may be taken to mean a singular or a plurality, in particular in the sense of “at least one” or “one or more”, etc., as long as this is not explicitly excluded, eg by the expression “exactly a "etc. Also, a number may include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.

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Description

Betreiben eines Mikrowellen-Haushaltsgeräts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Mikrowellen-Haushaltsgeräts mit mindestens einer Mikrowellenquelle, mindestens einer Mikrowellenantenne zum Einstrah- len von Mikrowellen in einen Behandlungsraum und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Mikrowellen-Haushaltsgeräts anhand von Mikrowellenparametern, wobei bei dem Verfahren der Behandlungsraum mit mehreren quantisierten Mikrowellenparametern mit Mikrowellen beaufschlagt wird und ein zugehöriger Mikrowellenmesswert bestimmt wird. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechend eingerichtetes Mikrowellen-Haushaltsgerät. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf eigenständige Mikrowellen- Gargeräte oder auf Mikrowellen-Kombinationsgeräte, z.B. auf einen Backofen mit Mikrowellenfunktion.
Das Aufheizen von Lebensmitteln mit Mikrowellen in einem auch als Garraum bezeichneten Behandlungsraum eines Mikrowellen-Gargeräts sollte möglichst gleichmäßig und mit hohem Wirkungsgrad erfolgen. Über eine Variation der Mikrowellenparameter wie Frequenz, Amplitude und Phase der eingestrahlten Mikrowellen kann eine Änderung einer Feldverteilung der Mikrowellen im Garraum bewirkt werden, die bei geeigneter Wahl der Mikrowellenparameter die geforderten Eigenschaften besitzen.
Eine Variation von Mikrowellenparametern ist grundsätzlich bekannt. Dabei wird angenommen, dass ein mittels Mikrowellenstrahlung bewirkter idealer Garvorgang durch das Messen und Korrelieren der über ein Mikrowellen-Antennensystem in den Garraum eingebrachten Mikrowellen-Leistung und der über den Garraum an das Antennensystem zurückgestrahlten Leistung bestimmt werden kann. Dazu wird ein Absorptionsverhältnis AV eingeführt, das für ein Antennensystem mit n Antennen oder Kanälen definiert ist als:
Ay = tPfWd( - E?P,e (n)
Dabei bezeichnet ΡΜ (n) eine eingebrachte ("forward") Mikrowellenleistung und Pref (n) eine reflektierte Mikrowellenleistung des jeweiligen Kanals. Die reflektierte Mikrowellenleistung Pref(n) kann sich aus der intrinsischen Reflexion dieses Kanals in dem Garraum und einer Übertragung von Mikrowellenleistung aus anderen Kanälen zusammensetzen. Das Absorptionsverhältnis AV ist im Allgemeinen abhängig von der Wahl eines m- komponentigen Parametertupels oder Parametervektors k
von m Mikrowellenparametern k, mit i = {1 , m}, wobei die Mikrowellenparameter beispielsweise Frequenz, Phase und/oder Amplitude umfassen können und als Regelparameter einstellbar sind. Auch nichtelektrische Größen, wie eine (Winkel-)Position eines mechanischen Modenrührers können als Mikrowellenparameter bzw. Vektorkomponenten verwendet werden. Alle Mikrowellenparameter k, sind üblicherweise quantisiert und können insbesondere einen Minimalwert und/oder einen Maximalwert aufweisen. So kann der erste Mikrowellenparameter k-ι einer Mikrowellenfrequenz entsprechen, die beispielsweise Werte α aus dem Wertebereich [2400 MHz, 2401 MHz, ...] annehmen kann. Der Wertebereich weist also Werte auf, die eine Schrittweite von 1 MHz aufweisen bzw. die mit einer Schrittweite von 1 Hz "quantisiert" sind.
WO 201 1/058538 A1 scannt einen m-dimensionalen Parameterraum ab und führt dem Gargut dann bei geeigneten Parametervektoren Energie zu. WO 201 1/058538 A1 offenbart dazu eine Vorrichtung zum Anlegen von elektromagnetischer Energie an eine Last. Die Vorrichtung weist mindestens einen Prozessor auf, der so konfiguriert ist, dass er Informationen empfängt, welche einer dissipierten Energie für jedes einer Vielzahl von Modulationsraumelementen entspricht und eine Vielzahl von Modulationsraumelementen in mindestens zwei Teilmengen gruppiert, und zwar auf der Grundlage der erhaltenen Informationen bezüglich der dissipierten Energie. Der Prozessor kann auch so konfiguriert sein, dass er ein Stromversorgungsprotokoll mit jeder der mindestens zwei Teilmengen verknüpft, wobei das Leistungsübertragungsprotokoll sich zwischen den zwei Teilmengen unterscheidet und die Energie, die an die Last angelegt wird, in Übereinstimmung mit jedem Leistungsübertragungsprotokoll regelt. In WO 201 1058538 A1 wird so eine homogene Erwärmung bei einem niedrigen Wert von AV erzielt. Ein hoher Teil der eingebrachten Mikrowellen-Leistung wird wieder in die Quelle reflektiert, und es finden sich keine Hot- Spots in dem Gargut, die nur eine punktuelle Erhitzung zur Folge hätten. WO 201 1058538 A1 überprüft einen Parameterraum einmal komplett und kann Änderungen, wie sie etwa durch Garprozesse hervorgerufen werden, nicht mehr folgen.
DE 10 2014 200 355 A1 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 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 Verhält- nis aus der Differenz von eingestrahlter und empfangener Leistung und der eingestrahlten Leistung gebildet wird. Es ist dazu vorgesehen, dass mit einem Optimierungsalgorithmus zunächst eine Umgebung eines initialen Parametervektors als Startlösung abgesucht und in Richtung des Parametervektors weitergegangen wird, der in der untersuchten Umgebung zum kleinsten Absorptionsverhältnis führt, wobei danach die Umgebung dieses neu- en Parametervektors untersucht und wieder ein Schritt in Richtung des benachbarten Pa- rametervektors unternommen wird, der zu einem kleineren Absorptionsverhältnis AV führt. Das in DE 10 2014 200 355 A1 offenbarte Verfahren entspricht einem Downhill-Simplex- Verfahren. Diese Prozedur wird iterativ bis zum Auffinden eines minimalen Absorptionsverhältnis AV durchgeführt. An diesem Punkt wird so lange Mikrowellenleistung einge- bracht, bis das Absorptionsverhältnis AV merklich steigt. Dann beginnt die Prozedur von neuem. Auch mit DE 10 2014 200 355 A1 wird also eine homogene Erwärmung bei einem niedrigen Wert von AV erzielt. Ein hoher Teil der eingebrachten Leistung wird auch hier wieder in die Quelle reflektiert und es finden sich daher keine Hot-Spots im Gargut, die nur eine punktuelle Erhitzung zur Folge hätten. DE 10 2014 200 355 A1 ist ebenfalls sta- tisch und muss erst einen geeigneten Parametersatz bzw. Parametervektor finden, bevor der Garvorgang beginnt.
US 9 265 097 B2 offenbart ein Verfahren zur Verarbeitung eines Objekts und umfasst das Erwärmen des Objekts durch Anwenden von Funkfrequenz (RF)-Energie, das Überwa- chen eines Wertes, der sich auf eine Absorptionsrate der RF-Energie durch das Objekt während des Erhitzens bezieht, und Anpassen der RF-Energie in Übereinstimmung mit Änderungen in einer Zeitableitung des überwachten Werts. Es wird hier also eine zeitliche Ableitung der RF-Reflexion beobachtet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zum Erwärmen von Lebensmitteln durch Mikrowellen bereitzustellen. Es ist insbesondere eine Aufgabe, eine Möglichkeit zum Erwärmen von Lebensmitteln durch Mikrowellen bereitzu- stellen, die sich auf Änderungen der zu erhitzenden Lebensmittel einstellen kann. Es ist insbesondere noch eine Aufgabe, eine Möglichkeit zum Erwärmen von Lebensmitteln durch Mikrowellen bereitzustellen, die schneller, gleichmäßiger und/oder effizienter arbeitet. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Mikrowellen- Haushaltsgeräts mit mindestens einer Mikrowellenquelle zum Erzeugen von Mikrowellen, mindestens einer Mikrowellenantenne zum Einstrahlen der Mikrowellen in einen Behandlungsraum und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Mikrowellen-Haushaltsgeräts anhand von m jeweils quantisierten Mikrowellenparametern, bei dem (a) der Behandlungsraum entsprechend einem aktuellen Parametervektor k mit Mikrowellen beaufschlagt wird und ein zugehöriger Mikrowellenmesswert bestimmt wird, (b) ein erster Vektor a (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als "Beschleunigungsvektor" bezeichnet) komponentenweise auf Basis einer Differenz des für den aktuellen Parametervektor k bestimmten Mikrowellenmesswerts und eines Mikrowellenmesswerts für einen Parametervektor, dessen jeweilige Komponente modifiziert worden ist, berechnet wird, (c) ein m- komponentiger zweiter Vektor v (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als "Geschwindigkeitsvektor" bezeichnet) modifiziert wird, indem der Beschleunigungsvektor a zu einem aktuellen Geschwindigkeitsvektor v hinzuaddiert wird und der modifizierte Geschwindigkeitsvektor v' als neuer aktueller Geschwindigkeitsvektor festgelegt wird, (d) ein weiterer Parametervektor k' bestimmt wird, indem der aktuelle Parametervektor k mittels des neuen aktuellen Geschwindigkeitsvektors v' modifiziert wird, und der weitere Parametervektor k' als neuer aktueller Parametervektor festgelegt wird und (e) die Schritte (a) bis (d) so lange wiederholt werden, bis mindestens eine vorgegebene Abbruchbedingung erfüllt wird. Dieses Verfahren kann auch als "kinetische Wegsuche " bezeichnet werden.
Das Verfahren weist den Vorteil auf, dass eine Trajektorie der Bewegung des Parametervektors gezielt und besonders effektiv zu Bereichen mit zumindest lokal extremen (minimalen oder maximalen) Mikrowellenparametern und damit zu einem homogenen und ggf. effizienten Erwärmen der Lebensmittel bzw. des Garguts führt.
Das Verfahren weist den weiteren Vorteil auf, dass es dynamisch ist und in Echtzeit auf schnelle Veränderungen der Lebensmittel reagieren kann, die durch den Garprozess bedingt sind, z.B. auf Lebensmittel, die auseinanderfallen, zerfließen, durch schnelles Verdampfen ihren Flüssigkeitsgehalt ändern oder auf sonstige Weise eine schnelle Verände- rung ihres Reflexionsgrads zeigen. Das in den Behandlungsraum oder Garraum eingebrachte Mikrowellenfeld passt sich an die Veränderungen an, während der Garvorgang weiterläuft. Dazu wird eine vergleichsweise kleine Untermenge des durch die Parametervektoren k aufgespannten Parameterraums oder Potentialraums zur Anpassung der eingebrachten Mikrowellen benötigt. Die nächste Anpassung erfolgt anhand eines folgenden Durchlaufs der Schritte (a) bis (d) und ist daher immer systemaktuell.
Das Verfahren ist vorteilhafterweise dazu in der Lage, Arbeitspunkte bzw. Parametervektoren aufzufinden, die einer besonders hohen Reflexion der Mikrowellen entsprechen. Das dadurch erreichte Vermeiden von Hot-Spots verhindert eine punktuelle Erwärmung des Garguts.
Das Verfahren ist vorteilhafterweise ebenfalls dazu in der Lage, Arbeitspunkte bzw. Parametervektoren aufzufinden, die einer niedrigen Reflexion der Mikrowellen entsprechen. Bei geringer Reflexion wird mehr Leistung in das Gargut übertragen. Dies kann dazu ge- nutzt werden, Lebensmittel bzw. Gargut gleichmäßig zu erwärmen, wenn die Hot-Spots gleichmäßig in dem Lebensmittel verteilt werden. Es ist besonders vorteilhaft, möglichst alle Arbeitspunkte bzw. Parametervektoren mit geringer Reflexion bzw. lokal minimaler Reflexion zu durchlaufen. Diese Variante ermöglicht einen besonders hohen Wirkungsgrad und ergibt eine besonders geringe Komponentenbelastung sowie eine besonders geringe Entwicklung von Abwärme. Es ist eine Weiterbildung davon, dass bei Halbleitersystemen auf eine Schutzeinrichtung (Zirkulator) verzichtet wird, da bei gefundenen Arbeitspunkten mit geringer Reflexion bzw. von Bereichen um diese Punkte keine schädliche Rückkopplung auf den Halbleiter erfolgt.
Das Verfahren weist den weiteren Vorteil auf, dass es sich sehr schnell an die zu behandelnden Lebensmittel anpasst. So sinkt die Arbeitsgeschwindigkeit nur linear mit der Anzahl m der Regelparameter km, während sich in WO 201 1058538A1 die Arbeitsgeschwindigkeit mit der Anzahl m exponentiell erhöht. Auch das Verfahren nach DE 10 2014 200 355 A1 muss für ein vollständiges Abtasten der Umgebung eines Punktes bis zu 3m-1 Messvorgänge pro Iteration durchführen und ist dadurch für höherdimensionale Regelungsaufgaben, d.h. Regelung mit einer Vielzahl von Regelparametern, ebenfalls kaum geeignet. Das Mikrowellen-Haushaltsgerät kann ein eigenständiges Mikrowellen-Gargerät oder ein Mikrowellen-Kombinationsgerät sein, z.B. ein Backofen mit Mikrowellenfunktion.
Die mindestens eine Mikrowellenquelle kann mindestens ein Magnetron aufweisen. Die mindestens eine Mikrowellenantenne kann eine oder mehrere Mikrowellenantennen oder Kanäle aufweisen. Mehrere Mikrowellenantennen können auch als ein Antennensystem bezeichnet werden. Die mindestens eine Mikrowellenquelle und die mindestens eine Mikrowellenantenne können zusammen auch als Mikrowellensystem bezeichnet werden.
Der Behandlungsraum kann bei einer Ausgestaltung des Mikrowellen-Haushaltsgeräts als Mikrowellen-Gargerät auch als Garraum bezeichnet werden.
Dass die Steuereinrichtung die Einspeisung der Mikrowellen in den Behandlungsraum anhand von m (m >=1 ) Mikrowellenparametern einstellen oder steuern kann, entspricht der Verwendung von m unterschiedlichen Mikrowellenparametern. Dass die Mikrowellen- parameter quantisiert sind, umfasst insbesondere, dass die jeweiligen Werte, welche der Mikrowellenparameter annehmen kann, jeweils schrittweise einstellbar sind. So kann die Mikrowellenfrequenz z.B. die Werte [902 MHz, 903 MHz, 928 MHz] und/oder [2400 MHz, 2401 MHz, 2500 MHz] annehmen. Die m Mikrowellenparameter entsprechen Vektorkomponenten des Parametervektors k. Der Beschleunigungsvektor a ist ein m-komponentiger Vektor
dessen Vektorkomponenten a, auf Basis einer Differenz des für den aktuellen Parametervektor k bestimmten Mikrowellenmesswerts MW (k) und eines Mikrowellenmesswerts MW (km0d) für einen komponentenweise modifizierten Parametervektor km0d, dessen jeweilige Komponente k, modifiziert worden ist, berechnet wird. Die Komponente a, kann also modifiziert werden gemäß a, = MW (k) - MW (kmQd) mit
wobei nur die zugehörige i-te Komponente dahingehend modifiziert ist, dass sie auf einen anderen Wert zeigt als für den Parametervektor k. Dies kann für alle i durchgeführt wer- den. Die Mikrowellenmesswerte können mittels des Mikrowellen-Haushaltsgeräts auf grundsätzlich bekannte Weise gemessen werden, z.B. mittels an einem Richtkoppler.
Der in Schritt (c) modifizierte m-komponentige Geschwindigkeitsvektor
kann also gemäß v' = v + g · a berechnet werden, wobei g allgemein einen Konstantenvektor mit vorgegebenen Konstanten g, darstellt. Das Produkt ist hier so definiert, dass g · a selbst wieder ein Vektor mit den Komponenten gi · ai, g2 · a2, usw ist. g kann alternativ als eine diagonal besetzte Matrix geschrieben werden. Die Wertedifferenz des Mikrowellenmesswerts MW eines Mikrowellenparameters bestimmt - abhängig von der Wahl von g - die Richtung und den Wert, um den der Parametervektor k beschleunigt wird. In Schritt (d) wird abhängig von der jeweiligen Geschwindigkeitskomponente v, festgelegt, ob, in welche Richtung und ggf. wie stark die Mikrowellenparameter k, geändert werden.
Auf das Erfüllen einer Abbruchbedingung hin kann mindestens eine Aktion ausgelöst wer- den.
Die Schritte (a) bis (d) brauchen nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge durchgeführt zu werden. So kann Schritt (c) auch vor Schritt (b) durchgeführt werden. Das Verfahren führt in der Regel zu einem Parametervektor oder Arbeitspunkt, der insbesondere einem lokalen Extremum (Minimum oder Maximum) des Mikrowellenmesswerts in dem Parameterraum entspricht. Der Parametervektor kann an diesem extremen Parametervektor oder Arbeitspunkt verharren oder ihn durchfahren.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Mikrowellenmesswert ein Reflexionsgrad RG der Mikrowellenstrahlung ist. Der Reflexionsgrad RG kann als definiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Absorptionsverhältnis verwendet werden.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass in Schritt (b) die jeweilige Komponente k, (i + j) des komponentenweise modifizierten Parametervektors kmQd modifiziert wird, indem ein Wert dieser Komponente um eine vorgegebene Schrittweite j geändert wird. Die Schrittweite j kann grundsätzlich beliebig vorgegeben werden. Es ist eine besonders vorteilhafte Weiterbildung, dass der Regelparameter k, (i) in positive Richtung der Rasterung oder Schrittfolge verschoben wird, d.h., ausgehend von der Quantisierungs- oder Rasterposition ι auf die Rasterposition ι + j mit j > 0 verschoben wird, falls v, einen positiven Wert annimmt. Weist V, einen negativen Wert auf, ist es eine Weiterbildung, dass als nächste Rasterposition i - j mit j > 0 gewählt wird. Die Änderung j beträgt vorteilhafterweise betragsmäßig 1 , d.h., dass ein benachbarter Wert eingesetzt wird. Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass in Schritt (c) der Geschwindigkeitsvektor v modifiziert wird, indem dem aktuellen Geschwindigkeitsvektor v ein Produkt aus dem aktuellen Beschleunigungsvektor a und einer vorgegebenen skalaren Beschleunigungskonstanten g hinzuaddiert wird. Es gilt also für den modifizierten Geschwindigkeitsvektor v' v' = v + g · a, wobei g nun eine für alle Komponenten a, gleiche konstante Zahl ist. Das Produkt g · a ist ein Vektor mit den Komponenten g · ai, g · a2, usw. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach umsetzbar.
Durch - ggf. auch komponentenweise - Wahl des Vorzeichens des Konstantenvektors g oder durch Wahl des Vorzeichens der skalaren Beschleunigung g kann festgelegt werden, ob sich der Parametervektor in Richtung eines lokalen Minimums oder eines lokalen Maximums bewegt. Ist g positiv, so bewegt sich der Parametervektor k beispielsweise in Richtung eines Minimums, ist g negativ, wird in Richtung eines Maximums.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass in Schritt (d) der aktuelle Parametervektor k modifiziert wird, indem seine Komponenten k, mittels der zugehörigen Komponenten v. des aktuellen Geschwindigkeitsvektor v modifiziert werden. Insbesondere kann der aktuelle Parametervektor k modifiziert werden, indem die Werte seiner Komponenten k, ausgehend von der aktuellen Position k, (i) gemäß ki' = (t + j) falls Vi > 0 undk/ = K {i - j) falls Vi < 0 modifiziert werden, verschoben oder versetzt werden. Diese Versetzung wird für alle i = [1 , m] Komponenten durchgeführt. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach realisierbar.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass Schritt (d) nur durchgeführt wird, wenn ein Betrag des Geschwindigkeitsvektors v einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder überschreitet. So wird ein Auffinden eines Extremwerts des Mikrowellenmesswerts erleichtert, da geringe Differenzen des Mikrowellenmesswerts den Parametervektor nicht mehr beein- flussen. Dies kann auch komponentenweise durchgeführt werden, d.h., dass Schritt (d) für eine Komponente k, nur durchgeführt wird, wenn ein Betrag | v, | der entsprechenden Komponente v, des Geschwindigkeitsvektors v einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder überschreitet. Es ist besonders vorteilhaft, wenn j = 1 gilt.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Schrittweite j zu einer neuen Position k, (i + j) in Relation zu v, steht, also j = f (v,) gilt. Diese Bedingung kann komponentenweise und/oder auch auf den ganzen Parametervektor angewandt werden. Es ist noch eine Weiterbil- dung, dass j ~ 1/v, gilt. Dies kann den Vorteil ergeben, dass Bereiche des Parameterraums mit niedriger Reflexion langsam durchlaufen werden, während Bereiche hoher Reflexion schnell übersprungen werden, da v oder v, typischerweise in Bereichen niedriger Reflexion größer ist und in Bereichen hoher Reflexion kleiner ist, falls der Proportionalitätsfaktor g positiv gewählt wird und somit Bereiche geringer Reflexion bevorzugt ange- steuert werden sollen. Falls g < 0 gewählt wird, werden Bereiche des Parameterraums mit hoher Reflexion langsam durchlaufen werden, während Bereiche mit niedriger Reflexion schnell übersprungen werden. Es ist auch eine Ausgestaltung, dass in Schritt (c) der Geschwindigkeitsvektor modifiziert wird, indem zusätzlich gegenläufig zu einer Richtung des Geschwindigkeitsvektors ein Faktor ("Reibungsfaktor") f abgezogen wird. Dies kann auch als v' = v + g · a - f geschrieben werden. Der Reibungsfaktor f bewirkt, dass der Betrag der Komponenten des Geschwindigkeitsvektors v verringert wird und dadurch die virtuelle Geschwindigkeit des Parametervektors im Parameterraum zumindest komponentenweise verringert wird. Der Reibungsfaktor f kann für alle Komponenten gleich sein oder kann komponentenweise verschieden sein. Dass der Reibungsfaktor f gegenläufig zu der Richtung des Geschwindigkeitsvektors abgezogen wird, kann umfassen, dass
Vi' = V, - f falls V, > 0 und
Vj' = Vj + f falls Vi < 0 für f > 0 gilt. Diese Ausgestaltung ergibt den Vorteil, dass sich zusätzliche Bereiche in dem Parameterraum mit optimierten Mikrowellenparametern k, auffinden lassen, da die Bewegungstrajektorie des Parametervektors k durch den Reibungsfaktor f zusätzlich ge- stört und um eine randomisierende Bewegungsgröße erweitert wird.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass in Schritt (c) der Geschwindigkeitsvektor v modifiziert wird, indem er in zeitlichen Abständen verstärkt wird. Dies ergibt den Vorteil, dass durch den Reibungsfaktor f verlorene Geschwindigkeit auf die Geschwindigkeitskompo- nenten v, zurückgegeben werden kann.
Die Suchstärke des Verfahrens kann durch eine geeignete Wahl der Werte von g und/oder f erheblich erhöht werden. Denn die Bewegung des Parametervektors k erhält durch f und die regelmäßige Verstärkung von v eine chaotische oder praktisch chaotische Größe, welche die statistische Suchstärke erheblich erhöht und Wiederholungen bzw. Redundanzen des Durchlaufens in dem Parameterraum vermeidet.
Die Verstärkung kann beispielsweise so umgesetzt sein, dass dann, wenn pro Iteration bzw. Durchlauf der Schritte (a) bis (e) eine Komponente v, um j = 1 verringert wird, alle p Iterationen (z.B. mit p = 10) jedes v, wieder um die Zahl der vorherigen Verringerungen erhöht wird (z.B. solange |v,| »0 ist). Dies kann analog für Erhöhungen von ι oder Kombinationen von Erhöhungen und Verringerungen durchgeführt werden, und zwar auch für Werte j > 1 usw.
Es ist außerdem eine Weiterbildung, dass in Schritt (c) der Geschwindigkeitsvektor v modifiziert wird, indem er in zeitlichen Abständen auf einen Standardwert zurückgesetzt wird, wobei die Richtungsinformation der einzelnen Komponenten v, erhalten bleiben kann. Das Erhalten der Richtungsinformation ist gleichzusetzen mit einem gleichbleibenden Vorzei- chen von v,. Dies ergibt den Vorteil, dass die Durchführung mit besonders geringem Rechenaufwand umgesetzt werden kann.
Es ist eine Weiterbildung, dass die zeitlichen Abstände regelmäßige Abstände sind. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die komponentenweise Verstärkung mit einer komponenten- weise zufälligen Verteilung versehen ist. Diese Weiterbildung ergibt den Vorteil, dass die Bewegung des Parametervektors im Parameterraum "chaotischer" wird. Denn diese Weiterbildung führt zu einem "Zappeln" und verhindert ein Festfahren auf bestimmten Trajek- torien in dem Parameterraum, beispielsweise ein unbegrenztes Hin-und Herschwingen in einer schmalen Potentialsenke, was praktisch zu einer Beibehaltung von Hotspots und damit zu Verbrennungen im Gargut führen kann. Diese Weiterbildung kann z.B. so umgesetzt sein, dass alle q Iterationen (mit z.B. q = 10) zwei Geschwindigkeitskomponenten v, nicht jeweils um j = 10 Einheiten, sondern z.B. um j =15 bzw. 5 Einheiten versetzt werden.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass in Schritt (d) dann, wenn für eine Komponente k, ein Rand eines Wertebereichs erreicht wird, ein Vorzeichen der zugehörigen Geschwindigkeitskomponente V, umgekehrt wird. Dies entspricht einer Bewegungsumkehr der Geschwindigkeitskomponente V, am Rand.
Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass zu Beginn des Verfahrens ein initialer Parame- tervektor und ein initialer Geschwindigkeitsvektor als aktuelle Vektoren vorgegeben werden. Es ist eine Weiterbildung, dass der initiale Parametervektor und/oder der initiale Geschwindigkeitsvektor zufällig ausgewählt werden. Es ist noch eine Weiterbildung, dass der initiale Parametervektor und/oder der initiale Geschwindigkeitsvektor anhand von Historiendaten ausgewählt werden, z.B. entsprechend einem Vektor eines zuvor durchgeführ- ten Verfahrensablaufs oder einer Position im Parameterraum, deren Umgebung bislang noch nicht durchfahren wurde.
In Schritt (e) kann mit Eintreten mindestens einer Abbruchbedingung mindestens eine Aktion ausgelöst werden.
Es ist zudem noch eine Ausgestaltung, dass in Schritt (e) mit Eintreten mindestens einer Abbruchbedingung das Verfahren mit einem unterschiedlichen initialen Parametervektor und/oder mit einem unterschiedlichen initialen Geschwindigkeitsvektor erneut durchge- führt wird. Dies ergibt den Vorteil, dass ein besonders großer Teil des Parameterraums auf geeignete Positionen des Parametervektors absuchbar ist. Bei dieser Ausgestaltung wird also kein extremer (minimaler oder maximaler) Arbeitspunkt angefahren und dort verblieben, sondern der Parametervektor durchfährt den Parameterraum ohne Unterlass. Insbesondere werden dabei - beruhend in der Natur des Verfahrens - automatisch ext- reme Arbeitspunkte durchlaufen. Dies ist insbesondere ein statistischer, dynamischer Prozess, der keine Historiendaten benötigt. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, falls viele homogen verteilte, sich dynamisch ändernde Hotspots erzeugt werden sollen. Dieser Ausgestaltung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass sich der Parametervektor k typischerweise weitaus häufiger in einem lokalen Bereich befindet, der ein zu erreichendes Maximum oder Minimum umgibt und ebenfalls hohe bzw. niedrige Werte des Mikrowellenmesswerts ergibt. Bereiche mit zu der Art des Extremums entgegengesetzten (niedrigen bzw. hohen) Werten werden hingegen schnell durchlaufen.
Es ist zudem noch eine Ausgestaltung, dass in Schritt (e) mit Eintreten mindestens einer Abbruchbedingung zwischen einer Minimasuche und einer Maximasuche des Mikrowellenwerts abgewechselt wird. Dies kann mit oder ohne Änderung des initialen Parametervektors und/oder des initialen Geschwindigkeitsvektors durchgeführt werden. Das Wechseln zwischen Minima- und Maximasuche kann abhängig von einem eingestallten oder aktivierten Garprogramm sein.
Es ist außerdem noch eine Ausgestaltung, dass in Schritt (e) mit Eintreten mindestens einer Abbruchbedingung der aktuelle Parametervektor beibehalten wird. Es wird hierbei also ein stabiler Arbeitspunkt beibehalten, z.B. bis zum Ende des Garablaufs. Dies kann besonders vorteilhaft bei kurzen Behandlungsdauern sein. Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Abbruchbedingung umfasst, dass für eine vorgegebene Zahl durchlaufener Schleifen der Schritte (a) bis (e) der Parametervektor nicht modifiziert wird.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Abbruchbedingung umfasst, dass sich für eine vorgegebene Zahl durchlaufener Schleifen der Schritte (a) bis (e) der Mikrowellenmesswert nicht mehr merklich ändert. Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Abbruchbedingung umfasst, dass Information mindestens eines dedizierten Sensors eine vorgegebene Bedingung erfüllt. So können Infrarotsensoren das Gargut überwachen und bei Feststellen eines Hotspots den Wert für g auf eine negative Zahl stellen (entspricht suche nach Punkten mit max. Reflexion), um die Temperaturen besser gleichzuverteilen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Abbruchbedingung umfasst, dass das Verfahren beendet wird, z.B. indem der zugehörige Garvorgang beendet wird. Dies kann beispielsweise aufgrund eines Erreichens einer voreingestellten Gardauer, einer Beendigung eines Garprogramms, eines Erreichens einer vorgegebenen Garguttem- peratur usw. geschehen.
Jedoch sind die Abbruchbedingungen nicht darauf beschränkt.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Mikrowellen-Haushaltsgerät mit mindestens einer Mikrowellenquelle, mindestens einer Mikrowellenantenne zum Einstrahlen von Mikrowellen in einen Behandlungsraum und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Mikrowellen- Haushaltsgeräts anhand von m quantisierten Mikrowellenparametern, wobei die Steuereinrichtung durch Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist. Das Mikrowellen-Haushaltsgerät kann analog zu dem Verfahren aus- gebildet werden und weist die gleichen Vorteile auf.
So ist das Mikrowellen-Haushaltsgerät vorteilhafterweise ein Mikrowellen-Gargerät, z.B. ein eigenständiges Mikrowellen-Gargerät oder ein Mikrowellen-Kombinationsgerät, z.B. ein Backofen mit Mikrowellenfunktion. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbei- spiels, das im Zusammenhang mit Fig.1 näher erläutert wird.
Fig.1 zeigt eine Skizze eines Mikrowellen-Haushaltsgeräts in Form eines Mikrowellen- Gargeräts 1 mit mindestens einer Mikrowellenquelle 2 zum Erzeugen von Mikrowellen, mindestens einer Mikrowellenantenne 3 zum Einstrahlen der Mikrowellen in einen Garraum 4 und einer Steuereinrichtung 5 zum Steuern des Mikrowellen-Gargeräts 1 anhand von mehreren quantisierten Mikrowellenparametern. Die Steuereinrichtung 5 ist dazu eingerichtet (z.B. programmiert), ein Verfahren SO - S6 zum Betreiben eines Mikrowellen-Haushaltsgeräts 1 ablaufen zu lassen. Bei dem Verfahren SO - S6 werden zunächst in einem Schritt SO ein initialer m- dimensionaler Parametervektor k_init und ein initialer -dimensionaler Geschwindigkeitsvektor v_init als aktueller Parametervektor k und aktueller Geschwindigkeitsvektor v festgelegt. Folgend werden in einem Schritt S1 der Behandlungsraum 4 entsprechend dem aktuellen Parametervektor k mit Mikrowellen beaufschlagt und ein zugehöriger Mikrowellenmess- wert MW (k) insbesondere in Form eines Reflexionsgrads gemessen.
In einem folgenden Schritt S2 wird ein Beschleunigungsvektor a komponentenweise auf Basis einer Differenz des für den aktuellen Parametervektor k bestimmten Mikrowellen- messwerts MW (k) und eines Mikrowellenmesswerts MW (kmQd) in Form eines Reflexionsgrads für einen Parametervektor km0d, dessen jeweilige Komponente a, modifiziert worden ist, berechnet. Dann wird in einem Schritt S3 der Geschwindigkeitsvektor v modifiziert, indem der Beschleunigungsvektor a zu einem aktuellen Geschwindigkeitsvektor v hinzuaddiert wird und ein so modifizierter Geschwindigkeitsvektor v' als neuer aktueller Geschwindigkeitsvektor v festgelegt wird. Insbesondere kann dem aktuellen Geschwindigkeitsvektor v ein Produkt aus dem aktuellen Beschleunigungsvektor a und einer vorgegebenen Beschleu- nigungskonstanten g hinzuaddiert werden. Von dem aktuellen Geschwindigkeitsvektor v kann ein Reibungsfaktor f abgezogen werden, ggf. auch komponentenweise. Der Geschwindigkeitsvektor v kann auch modifiziert werden, indem er in zeitlichen Abständen verstärkt wird.
In einem folgenden Schritt S4 wird ein weiterer Parametervektor k' bestimmt wird, indem der aktuelle Parametervektor k mittels des neuen aktuellen Geschwindigkeitsvektors v modifiziert wird. Der weitere Parametervektor k' wird dann als neuer aktueller Parametervektor k festgelegt. Diese Modifikation kann komponentenweise durchgeführt sein und insbesondere daran geknüpft sein, dass ein Betrag des Geschwindigkeitsvektors oder einer jeweiligen Komponente des Geschwindigkeitsvektors einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder überschreitet. Wenn für eine Komponente des Parametervektors k ein Rand eines Wertebereichs erreicht wird, kann ein Vorzeichen der zugehörigen Geschwindigkeitskomponente umgekehrt werden.
Dann wird in einem Schritt S5 überprüft, ob eine vorgegebene Abbruchbedingung erfüllt ist. Ist dies nicht der Fall ("n"), wird zurück zu Schritt S1 verzweigt. Die Abbruchbedingung kann umfassen, dass für eine vorgegebene Zahl durchlaufener Schleifen der Schritte S1 bis S4 der Parametervektor nicht modifiziert wird. Eine Abbruchbedingung kann alternativ oder zusätzlich umfassen, dass sich für eine vorgegebene Zahl durchlaufener Schleifen der Schritte S1 bis S4 der Mikrowellenmesswert MW nicht mehr merklich ändert.
Ist dies der Fall ("j"). wird in Schritt S6 mindestens eine Aktion ausgelöst. Diese Aktion kann ein Verzweigen zu Schritt SO und ein Wählen eines anderen initiale Parametervek- tors k_init und ein Wählen eines anderen Geschwindigkeitsvektors v_init umfassen. Alternativ kann der zuletzt aufgefundene Parametervektor k für die Restdauer des Behand- lungsablaufs konstant gehalten werden.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbei- spiel beschränkt.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw. Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste Mikrowellen-Gargerät
Mikrowellenquelle
Mikrowellenantenne
Garraum
Steuereinrichtung
Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
Verfahren (S0-S6) zum Betreiben eines Mikrowellen-Haushaltsgeräts (1 ) mit mindestens einer Mikrowellenquelle (2) zum Erzeugen von Mikrowellen, mindestens einer Mikrowellenantenne (3) zum Einstrahlen der Mikrowellen in einen Behandlungsraum (4) und einer Steuereinrichtung (5) zum Steuern des Mikrowellen- Haushaltsgeräts (1 ) anhand von m quantisierten Mikrowellenparametern, bei dem
(a) der Behandlungsraum (4) entsprechend einem aktuellen Parametervektor (k) mit Mikrowellen beaufschlagt wird und ein zugehöriger Mikrowellenmesswert (MW) bestimmt wird (S1 ),
(b) ein Beschleunigungsvektor (a) komponentenweise auf Basis einer Differenz des für den aktuellen Parametervektor (k) bestimmten Mikrowellenmess- werts (MW) und eines Mikrowellenmesswerts (MW) für einen Parametervektor (kmod), dessen jeweilige Komponente modifiziert worden ist, berechnet wird (S2),
(c) ein Geschwindigkeitsvektor modifiziert wird, indem der Beschleunigungsvektor (a) zu einem aktuellen Geschwindigkeitsvektor (v) hinzuaddiert wird und der modifizierte Geschwindigkeitsvektor (ν') als neuer aktueller Geschwindigkeitsvektor (v) festgelegt wird (S3),
(d) ein weiterer Parametervektor (k') bestimmt wird, indem der aktuelle Parametervektor (k) mittels des neuen aktuellen Geschwindigkeitsvektors (v) modifiziert wird, und der weitere Parametervektor (k') als neuer aktueller Parametervektor (k) festgelegt wird (S4) und
(e) die Schritte (a) bis (d) so lange wiederholt werden, bis mindestens eine vorgegebene Abbruchbedingung erfüllt wird (S5).
2. Verfahren (S0-S6) nach Anspruch 1 , bei dem der Mikrowellenmesswert (MW) ein Reflexionsgrad ist.
Verfahren (S0-S6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt (b) die jeweilige Komponente des komponentenweise modifizierten Parametervektors (kmod) modifiziert wird, indem ein Wert dieser Komponente um eine vorgegebene Schrittweite geändert wird.
Verfahren (S0-S6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt
(c) der Geschwindigkeitsvektor (v) modifiziert wird, indem dem aktuellen Geschwindigkeitsvektor (v) ein Produkt aus dem aktuellen Beschleunigungsvektor (a) und einer vorgegebenen Beschleunigungskonstanten (g) hinzuaddiert wird.
Verfahren (S0-S6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt
(d) der aktuelle Parametervektor (k) modifiziert wird, indem seine Komponenten mittels der zugehörigen Komponenten des aktuellen Geschwindigkeitsvektor (v) modifiziert werden.
Verfahren (S0-S6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Schritt (d) nur durchgeführt wird, wenn ein Betrag des Geschwindigkeitsvektors (v) oder ein Betrag mindestens einer jeweiligen Komponente des Geschwindigkeitsvektors (v) einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder überschreitet.
Verfahren (S0-S6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt
(c) der Geschwindigkeitsvektor (v) modifiziert wird, indem zusätzlich gegenläufig zu einer Richtung des Geschwindigkeitsvektors (v) ein Reibungsfaktor (f) abgezogen wird.
Verfahren (S0-S6) nach Anspruch 7, bei dem in Schritt (c) der Geschwindigkeitsvektor (v) modifiziert wird, indem der Geschwindigkeitsvektor (v) in zeitlichen Abständen verstärkt wird.
Verfahren (S0-S6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt
(d) dann, wenn für eine Komponente des Parametervektors (k) ein Rand eines Wertebereichs erreicht wird, ein Vorzeichen der zugehörigen Geschwindigkeitskomponente umgekehrt wird.
Verfahren (S0-S6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zu Beginn des Verfahrens ein initialer Parametervektor (kinit) und ein initialer Geschwindigkeitsvektor (Vinit) vorgegeben werden.
1 1 . Verfahren (S0-S6) nach Anspruch 10, bei dem in Schritt (e) mit Eintreten mindestens einer Abbruchbedingung (S5) das Verfahren (S0-S6) mit einem unterschiedlichen initialen Parametervektor (kin it) und/oder einem unterschiedlichen initialen Geschwindigkeitsvektor (νΜ) erneut durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt (e) mit Eintreten mindestens einer Abbruchbedingung (S5) der aktuelle Parametervektor (k) beibehalten wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Abbruchbedingung aus Schritt (e) umfasst, dass für eine vorgegebene Zahl durchlaufener Schleifen der Schritte (a) bis (e) der Parametervektor (k) nicht modifiziert wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Abbruchbedingung aus Schritt (e) umfasst, dass sich für eine vorgegebene Zahl durchlaufener Schleifen der Schritte (a) bis (e) der Mikrowellenmesswert (MW) nicht mehr merklich ändert.
15. Mikrowellen-Haushaltsgerät (1 ) mit mindestens einer Mikrowellenquelle (2) zum Erzeugen von Mikrowellen, mindestens einer Mikrowellenantenne (3) zum Einstrahlen der Mikrowellen in einen Behandlungsraum (4) und einer Steuereinrichtung (5) zum Steuern des Mikrowellen-Haushaltsgeräts (1 ) anhand von m quanti- sierten Mikrowellenparametern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) durch Durchführung des Verfahrens (S0-S6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
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