硫化是橡胶加工过程中的一道重要工序，橡胶制品性能和质量的优劣很大程度上取决于硫化质量。与传统硫化方法相比，微波硫化方法具有卓越的优质、节能、高效和环保特性。随着节能减排和环境保护的可持续发展理念深入人心，橡胶微波硫化技术受到越来越多科学家和工程师的重视。但由于微波硫化过程固有的复杂性，硫化过程中会出现热点、受热不均匀等局部过热问题。因此，针对橡胶微波硫化过程特点，解决局部过热问题成为橡胶工业的重要研究课题。
　　论文主要围绕橡胶微波硫化过程中“机理建模”和“温度控制”两个关键性问题展开研究，探究橡胶硫化过程中能量转化机理，构建具有明确吸收功率的微波硫化热传递模型，研究微波硫化过程中橡胶的传热特性及其影响因素，提出一种基于谱配置方法的数值模拟新方法，设计多维泰勒网滑模变结构控制和自适应多维泰勒网控制等两种控制算法，以实现微波硫化过程中的热点控制，改善硫化温度的均匀性。论文的主要研究工作及成果包括以下5个方面：
　　（1）针对橡胶微波硫化过程，通过分析电磁场和热力学场的相互耦合机理，在一定假设下，获得橡胶吸收功率的显式数学表达式和热动力学边界条件，构建多层橡胶微波硫化过程的非稳态热传递模型。然后分别以丁腈橡胶（NBR）和丁苯橡胶（SBR）复合材料制成的橡胶样品为实验对象，实验测量两种配方样品的电磁性能参数，获得915MHz和2450MHz微波频率下两种样品的介电常数和介电损耗因子的拟合方程。
　　（2）基于橡胶微波硫化过程的非稳态热传递模型，针对同种类复合材料和不同种类多层复合材料的微波硫化过程，分别以NBR和SBR复合材料为研究对象，采用时域有限差分算法进行数值仿真分析，探寻单/双波源下样品硫化温度的分布规律及其影响因素。对于同种类橡胶复合材料，分别研究NBR和SBR样品的介电参数、样品厚度以及微波频率等参数对硫化温度和平均吸收功率的影响；对不同波源下多层橡胶复合材料，研究NBR和SBR两层复合材料的厚度以及微波功率对硫化温度和界面特性的影响。
　　（3）为提高非稳态热传递模型的数值模拟精度，提升运算效率，针对橡胶介电特性随温度变化以及第三类边界条件的情形，分别提出差分-广义Laguerre谱配置法和差分-Legendre谱配置法等两种新的混合谱方法。以NBR样品为例进行数值模拟分析，并探讨参数变化对模拟精度的影响。同时，与传统有限元模型的分析结果进行比较以验证混合谱方法的准确性和有效性。
　　（4）针对橡胶微波硫化过程固有的多物理场耦合、强非线性以及高时变性的特点，论文以NBR样品为例开展含有未知参数的微波硫化过程热点控制研究。结合多维泰勒网模型的非线性逼近能力，提出一类新的基于多维泰勒网的滑模变结构控制算法，分别对微波功率输入和微波结合热对流输入等两种情形的控制器设计进行研究。对于仅微波输入功率可控的情形，该算法具有良好的控制性能；对于微波结合热对流输入的硫化方式，该算法以微波功率和热对流输入为控制变量，实现了对热点和橡胶两侧硫化温度的准确跟踪控制。微波功率和热对流输入值在计算值100±40%范围内随机变化的仿真分析表明，该算法具有良好的鲁棒性。
　　（5）针对两输入波源下的橡胶微波硫化过程中温度场不均匀性问题，论文以微波输入功率和微波源相位差为控制输入，提出一种基于自适应多维泰勒网的全局温度控制算法，并利用Lyapunov理论对算法进行稳定性分析；为获得最优的控制输入，分别将布谷鸟搜索算法、增强型烟花算法等两种群智能算法融入自适应多维泰勒网控制算法之中，设计温度场均匀性优化控制策略。利用NBR样品的硫化过程仿真验证两种控制策略的控制效果。结果表明，两种控制策略获得的采样点平均温度都能准确地跟踪上参考轨迹，实现均匀的温升过程。最后，将两种优化算法的应用效果与传统遗传算法对比来验证两种优化算法的高效性。同时，对输入变量的随机扰动和采样周期变化的仿真分析表明，所提控制算法具有良好的自适应性和鲁棒性。