一種燃燒不穩(wěn)定的非線性預(yù)測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃燒不穩(wěn)定的非線性預(yù)測方法及裝置，包括選取燃燒室內(nèi)預(yù)設(shè)長度的脈動(dòng)壓力時(shí)間序列；利用自相關(guān)函數(shù)法計(jì)算所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的時(shí)間延遲；根據(jù)G-P算法和Taken定理計(jì)算所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的嵌入維數(shù)；根據(jù)所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的時(shí)間延遲和嵌入維數(shù)重構(gòu)相空間；對所述重構(gòu)的相空間的矩陣進(jìn)行奇異值分解，提取所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的最大Lyapunov指數(shù)；基于所述最大Lyapunov指數(shù)建立所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的非線性預(yù)測模型，根據(jù)所述非線性預(yù)測模型對燃燒室內(nèi)脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的發(fā)展進(jìn)行非線性預(yù)測。采用本發(fā)明提出的方法及裝置能夠有效地捕捉到燃燒室內(nèi)脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的非線性特征，以用來作為燃燒調(diào)整的重要依據(jù)。
【專利說明】一種燃燒不穩(wěn)定的非線性預(yù)測方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃燒不穩(wěn)定預(yù)測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種燃燒不穩(wěn)定的非線性預(yù)測方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近十多年來，隨著全世界對環(huán)境保護(hù)問題的重視，各國對重型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的排放要求越來越嚴(yán)格，尤其是NOx的排放。因此，在設(shè)計(jì)與開發(fā)新一代重型燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)，各主要重型燃?xì)廨啓C(jī)制造商，如GE、MH1、Siemens等，大都采用貧預(yù)混燃燒技術(shù)，以取代傳統(tǒng)的擴(kuò)散燃燒模式搭配燃燒室注水或注蒸汽的方法。雖然采用貧預(yù)混燃燒方式的燃燒室具有低污染的優(yōu)點(diǎn)，但它的發(fā)展受到諸多限制，如熄火，回火，尤其是燃燒不穩(wěn)定問題。燃燒不穩(wěn)定會(huì)引起燃燒室內(nèi)的熱聲振蕩，熱聲振蕩主要是受到燃燒的熱釋放率和壓力擾動(dòng)波的來回傳遞形成共振而產(chǎn)生。當(dāng)燃燒室內(nèi)微小的壓力擾動(dòng)波經(jīng)過火焰區(qū)域時(shí)，一部份的熱能可以被轉(zhuǎn)換為放大壓力擾動(dòng)的動(dòng)能，如果這些能量無法經(jīng)由其它的方式耗散掉，便會(huì)累積在壓力擾動(dòng)波內(nèi)而迅速形成駐波，進(jìn)而與熱釋放率產(chǎn)生共振。這種自激發(fā)的壓力波振蕩，不僅干擾正常的燃燒過程，使得氮氧化物的排放達(dá)不到最初設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重時(shí)更會(huì)損壞燃燒室的構(gòu)件，減低燃?xì)廨啓C(jī)的整體壽命。正是在這樣的背景下，準(zhǔn)確地預(yù)測燃燒不穩(wěn)定短期內(nèi)發(fā)生的趨勢就顯得格外重要。
[0003]在現(xiàn)有的技術(shù)中，關(guān)于燃燒不穩(wěn)定的預(yù)測大都集中在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的層面，而且這些預(yù)測方法基本都是用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，而在后期的燃機(jī)運(yùn)行中這些預(yù)測方法就顯得無能為力，無法作為燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中燃燒調(diào)整的依據(jù)。此外，在現(xiàn)有的不穩(wěn)定系統(tǒng)控制技術(shù)中，控制器的設(shè)計(jì)大都基于時(shí)間序列的線性分析理論，如統(tǒng)計(jì)分析方法和譜分析方法。統(tǒng)計(jì)分析方法一般是計(jì)算時(shí)間序列的均值、方差、概率密度函數(shù)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)；譜分析方法一般是計(jì)算自相關(guān)函數(shù)、功率譜等譜參數(shù)。而這些線性分析方法具有很大的局限性，無法捕捉到燃燒不穩(wěn)定的非線性特性，特別是極限環(huán)運(yùn)動(dòng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對燃燒不穩(wěn)定問題傳統(tǒng)的線性分析方法具有很大的局限性，無法捕捉到燃燒不穩(wěn)定的非線性特性。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為此目的，本發(fā)明提出了一種燃燒不穩(wěn)定的非線性預(yù)測方法，包括以下步驟:
[0008]S1:選取燃燒室內(nèi)預(yù)設(shè)長度的脈動(dòng)壓力時(shí)間序列；
[0009]S2:利用自相關(guān)函數(shù)法計(jì)算所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的時(shí)間延遲；
[0010]S3:根據(jù)G-P算法和Taken定理計(jì)算所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的嵌入維數(shù)；
[0011]S4:根據(jù)所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的時(shí)間延遲和嵌入維數(shù)重構(gòu)相空間；
[0012]S5:對所述重構(gòu)的相空間的矩陣進(jìn)行奇異值分解，提取所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的最大Lyapunov指數(shù)；
[0013]S6:基于所述最大Lyapunov指數(shù)建立所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的非線性預(yù)測模型，根據(jù)所述非線性預(yù)測模型對燃燒室內(nèi)脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的發(fā)展進(jìn)行非線性預(yù)測。
[0014]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0015]采集所述燃燒室內(nèi)的脈動(dòng)壓力時(shí)間序列并保存。
[0016]優(yōu)選地，在所述步驟S3之前還包括:
[0017]對所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列進(jìn)行預(yù)噪聲處理，具體為:采用最小二乘法或自回歸法去掉趨所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的內(nèi)在相關(guān)性。
[0018]優(yōu)選地,所述步驟S2具體包括:
[0019]對選取的所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，自相關(guān)函數(shù)rk的表達(dá)式如下:

【權(quán)利要求】
1.一種燃燒不穩(wěn)定的非線性預(yù)測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: S1:選取燃燒室內(nèi)預(yù)設(shè)長度的脈動(dòng)壓力時(shí)間序列； 52:利用自相關(guān)函數(shù)法計(jì)算所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的時(shí)間延遲； 53:根據(jù)G-P算法和Taken定理計(jì)算所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的嵌入維數(shù)； 54:根據(jù)所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的時(shí)間延遲和嵌入維數(shù)重構(gòu)相空間； 55:對所述重構(gòu)的相空間的矩陣進(jìn)行奇異值分解，提取所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的最大Lyapunov 指數(shù)； 56:基于所述最大Lyapunov指數(shù)建立所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的非線性預(yù)測模型，根據(jù)所述非線性預(yù)測模型對燃燒室內(nèi)脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的發(fā)展進(jìn)行非線性預(yù)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 采集所述燃燒室內(nèi)的脈動(dòng)壓力時(shí)間序列并保存。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S3之前還包括: 對所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列進(jìn)行預(yù)噪聲處理，具體為:采用最小二乘法或自回歸法去掉趨所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的內(nèi)在相關(guān)性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括: 對選取的所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，自相關(guān)函數(shù)rk的表達(dá)式如下:
其中，N為脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的長度，為脈動(dòng)壓力時(shí)間序列[X1, X2,…，Xn]中的第i個(gè)和第i+k個(gè)元素，k為常數(shù)； 選取使得rk小于預(yù)設(shè)閾值的最小k值，得到所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的時(shí)間延遲τ。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括: 531:根據(jù)預(yù)設(shè)嵌入維數(shù)和所述時(shí)間延遲重構(gòu)第一相空間； 532:計(jì)算關(guān)聯(lián)積分； 533:根據(jù)所述關(guān)聯(lián)積分和第一相空間的領(lǐng)域半徑利用G-P算法計(jì)算關(guān)聯(lián)維度； 534:根據(jù)所述關(guān)聯(lián)維數(shù)利用Taken定理獲取所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的嵌入維數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟S33具體包括: 根據(jù)所述關(guān)聯(lián)積分和第一相空間的領(lǐng)域半徑計(jì)算對應(yīng)于所述預(yù)設(shè)嵌入維數(shù)的關(guān)聯(lián)維數(shù)估計(jì)值(Kmci = I)，所述關(guān)聯(lián)積分和第一相空間的領(lǐng)域半徑具有對數(shù)線性關(guān)系，具體表達(dá)式如下:
其中，m0為預(yù)設(shè)嵌入維數(shù)，C(r,m0 = I)為嵌入維數(shù)為Hitl時(shí)的關(guān)聯(lián)積分，r為相空間的領(lǐng)域半徑； 增加預(yù)設(shè)嵌入維數(shù)，利用G-P算法計(jì)算關(guān)聯(lián)維度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S5具體包括: 對所述重構(gòu)的相空間的矩陣進(jìn)行奇異值分解，得到所述相空間矩陣的最大特征值A(chǔ)1 ; 根據(jù)所述最大特征值計(jì)算所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的最大Lyapunov指數(shù)λ L,具體表達(dá)式為:人L — In入I。
8.一種燃燒不穩(wěn)定的非線性預(yù)測裝置，其特征在于，包括: 選取模塊，用于選取燃燒室內(nèi)預(yù)設(shè)長度的脈動(dòng)壓力時(shí)間序列； 第一計(jì)算模塊，用于利用自相關(guān)函數(shù)法計(jì)算所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的時(shí)間延遲； 第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)G-P算法和Taken定理計(jì)算所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的嵌入維數(shù)； 相空間重構(gòu)模塊，用于根據(jù)所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的時(shí)間延遲和嵌入維數(shù)重構(gòu)相空間； 提取模塊，用于對所述重構(gòu)的相空間的矩陣進(jìn)行奇異值分解，提取所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的最大Lyapunov指數(shù)； 非線性預(yù)測模塊，用于基于所述最大Lyapunov指數(shù)建立所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的非線性預(yù)測模型，根據(jù)所述非線性預(yù)測模型對燃燒室內(nèi)脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的發(fā)展進(jìn)行非線性預(yù)測。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 采集模塊，用于采集所述燃燒室內(nèi)的脈動(dòng)壓力時(shí)間序列并保存。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第二計(jì)算模塊包括: 重構(gòu)單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)嵌入維數(shù)和所述時(shí)間延遲重構(gòu)第一相空間； 關(guān)聯(lián)積分計(jì)算單元，用于計(jì)算關(guān)聯(lián)積分； 關(guān)聯(lián)維度計(jì)算單元，用于根據(jù)所述關(guān)聯(lián)積分和第一相空間的領(lǐng)域半徑利用G-P算法計(jì)算關(guān)聯(lián)維度； 獲取單元，用于根據(jù)所述關(guān)聯(lián)維數(shù)利用Taken定理獲取所述脈動(dòng)壓力時(shí)間序列的嵌入維數(shù)。
【文檔編號】G06F19/00GK104166786SQ201410334236
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】謝法 申請人:北京華清燃?xì)廨啓C(jī)與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術(shù)有限公司