用于控制燃烧设备的方法和控制装置制造方法及图纸

提供了一种用于控制燃烧设备的方法，所述燃烧设备具有燃烧状态，其中与所述燃烧状态有关的参数反映了混沌行为。所述方法包括以下步骤：测量所述参数并确定所述参数的时间序列，以可变的时间延迟对所述时间序列进行移位以确定时移信号，并形成所述时移信号与所述时间序列之间的差以确定时间相关的第一信号，以使得所述差的范数最小。确定时间相关的第二信号，其中，确定所述时间相关的第二信号包括以下中的至少一项：使用期望振荡燃烧状态的频率，以及以设定的时间延迟对所述时间序列进行移位。第一信号与第二信号被合并以确定控制信号。所述控制信号用于影响所述燃烧设备。

Method and control device for controlling combustion equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制燃烧设备的方法和控制装置
本专利技术的实施例涉及用于物理和化学设备的方法和控制装置，在该设备中由于反馈耦合可能自发地出现不期望的振荡，特别地，涉及用于燃烧设备的方法和控制装置。
技术介绍
反馈耦合是许多实际系统所固有的，并会导致振荡状态(例如极限环的周期性状态和例如混沌的非周期性状态)，该振荡状态可能会对例如设备或整个工厂这样的系统的稳定性和安全性产生不利影响。例如，所谓的热声耦合可以发生在诸如燃气涡轮发动机、熔炉、锅炉、火箭发动机和由密闭(confine)燃烧驱动的后燃器的设备(系统)中。热声耦合可能导致自激不稳定性(也称为燃烧不稳定性、隆隆作响和再热嗡嗡声)，其以大振幅压力和热量释放速率振荡的形式自发出现。这种不稳定性可能会对设备造成危害。因此，通常期望抑制热声不稳定性。先前使用的控制尝试(隐式地)假设热声不稳定性对应于极限环振荡，可能带有谐波。因此，没有考虑到热声系统会分叉到更复杂的非线性状态，例如混沌这一事实。实际上，甚至有可能在系统刚越过稳定边界时开始出现不稳定性时，热声振荡就对应于混沌状态。在这种情况下，以前的方法将彻底失败。因此，需要改善对不稳定性的控制/抑制。
技术实现思路
根据用于控制具有燃烧状态的燃烧设备的方法的实施例，其中与该燃烧状态有关的参数反映了混沌行为，该方法包括测量参数并确定该参数的时间序列。以可变的时间延迟对该时间序列进行移位以确定时移信号，并形成该时移信号与该时间序列之间的差以确定时间相关的第一信号，以使得该时移信号与该时间序列之间的差的范数最小。确定与该第一信号不同的时间相关的第二信号。确定该时间相关的第二信号包括以下中的至少一项：使用该燃烧设备的期望周期性燃烧状态的频率，以及以设定的时间延迟对该时间序列进行移位。合并该第一信号与该第二信号以确定控制信号。使用该控制信号来影响该燃烧设备。在下文中，时移信号与时间序列之间的差也称为(时间相关的)差信号。在下文中，燃烧状态也被分别称为混沌燃烧状态和燃烧混沌状态，在该燃烧状态中，与该燃烧状态有关的参数反映了混沌行为，通常是混沌热声不稳定性。在本说明书中使用的术语“混沌状态”旨在描述表现出对初始条件的敏感依赖性的非周期性长期行为的系统或设备的状态。术语“非周期性长期行为”旨在描述在渐近动力学中，系统或设备不对应于定点、周期性轨道或准周期性行为。该系统或设备可以是(被描述为)非线性确定性系统或设备，即，是这样一种系统或设备：其中混沌行为不是由于噪声或随机力，而是由于系统或设备中存在的非线性而引起的，特别是与系统或设备中的热声不稳定性相关的反馈耦合机制中的非线性引起的。术语“对初始条件的敏感依赖性”旨在描述当系统或设备随时间演进时，邻近的初始条件以指数方式快速分离。该方法允许将燃烧设备从混沌燃烧状态转换为周期性燃烧状态，然后转变为具有主频率(该参数的主频率)的周期性状态，该主频率被移位到期望的振荡状态的频率和/或与初始状态相比振幅减小的周期性状态的频率。因此，燃烧设备的具有危害作用的不稳定性(例如高机械负荷)可以被可靠地减小，甚至是抑制。此外，可以避免在混沌状态下可能发生的其它不期望的影响，分别例如排气值的降低和超过期望的排气值，例如，氮氧化物(NOx)的增加。第一信号有效地将燃烧设备从混沌燃烧状态驱动到周期性燃烧状态。使用期望的周期性燃烧状态的期望的主频率来确定第二信号，并因此确定燃烧设备的控制信号，允许驱动燃烧状态更典型地朝向期望的燃烧状态。此外，可以实现参数的振荡幅度的衰减。以设定的时间延迟(τset，其不同于用于分别确定时间相关的第一信号和差信号的可变的时间延迟τvar)对该时间序列进行移位以确定第二信号，并因此确定燃烧设备的控制信号，还允许改变燃烧状态的主频率以及衰减参数的振荡幅度。注意该设定的时间延迟(τset)决定了该周期性燃烧状态的主频率的移位。基于期望的主频率的开环控制或使用设定的时间延迟(τset)的反馈控制是否能更有效地将设备驱动到期望的周期性燃烧状态可以取决于设备的细节。用于第一信号S1的可变的时间延迟(τart)和用于第二信号S2的设定的时间延迟(τset)两者通常具有设备的声共振频率的时间周期的量级。可以基于燃烧设备的机械、几何、化学和/或热力学性质来确定该设定的时间延迟(τset)。例如，可以基于燃烧设备的声共振频率来确定该设定的时间延迟。该参数可以是参与热声振荡的混沌行为的任意变量或观测值。术语“热声振荡”旨在描述例如气体的介质中的波动和/或振荡，这些波动和/或振荡是由于介质中的声场与来自燃烧(或火焰)的释热率的时间波动之间的反馈相互作用引起的。术语“热声振荡”应涵盖火焰中的振荡(以及相关量，例如来自火焰的不稳定的释热率)，以及在至少部分地封闭该火焰的设备内的声场中的振荡，通常在该设备的燃烧室内封闭该火焰，由于火焰与声场之间的结构性反馈相互作用而自发产生这两种振荡。该参数可以是设备中的压力、设备中的温度、设备中的密度、燃烧的辐射功率(通常是火焰的化学发光)，或与该压力、该温度、该密度和该辐射功率中的一个或多个有关的参数。通常，该参数是压力。可以以高时间分辨率可靠地测量该设备中的压力。该参数的测量值通常经过高通滤波。因此，消除了参数的(长期)漂移。差信号的范数可以被确定为该差信号的(所有)绝对幅度值的积分或和，例如，确定为绝对压力值和。可替代地，差信号的幅度值的均方根值可以被确定，作为该差信号的范数。为了确定第一信号，该可变的时间延迟通常从接近振荡中的主频率的倒数的值开始变化，直到差信号的范数达到最小值，通常为全局最小值。因此，第一信号的幅度很小，如果设备处于周期性状态，通常接近零。因此，所提出的控制不需要分析设备的状态和/或接通和断开该第一信号。在一个实施例中，确定该时间相关的第一信号包括确定时间序列的第一子集与时间序列的第二子集之间的差，其中，第一第二子集与第二子集之间的可变的时间延迟被确定，以使得被确定为该第一子集与该第二子集之间的差的差信号的范数最小。通常通过将该第一信号与该第二信号相加的方式，或通过形成该第一信号与该第二信号的加权和的方式来实现该第一信号与该第二信号的合并。然而，该第一信号和该第二信号的其它函数F也可以用作控制信号。使用控制信号可以包括将输入信号馈送到与燃烧设备耦合的执行器。使用控制信号还可以包括将该控制信号转换为执行器的输入信号以及将该输入信号馈送到该执行器。例如，该输入信号可以是时间相关的电压。出于安全原因(对于所使用的执行器)，该控制信号或输入信号在馈送到执行器之前可以为饱和的。对该控制信号的转换和/或饱和也可以是在使用适当的函数(F)合并第一信号与第二信号的过程中就已经实现了的。该执行器通常被配置为将该输入信号转换成适于影响该燃烧设备的次级控制信号，其中，该输入信号在下文中也被称为初级控制信号。通常，该初级控制信号和该次要控制信号可分别用于调制燃料氧化剂比，例如在该燃烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制燃烧设备(50)的方法(1000，2000)，所述燃烧设备(50)具有燃烧状态，其中与所述燃烧状态有关的参数(p)反映了混沌行为，所述方法包括：/n测量所述参数(p)并确定所述参数(p)的时间序列(S

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170901 EP 17189064.31.一种用于控制燃烧设备(50)的方法(1000，2000)，所述燃烧设备(50)具有燃烧状态，其中与所述燃烧状态有关的参数(p)反映了混沌行为，所述方法包括：
测量所述参数(p)并确定所述参数(p)的时间序列(S0，p1)；
以可变的时间延迟(τvar)对所述时间序列(S0)进行移位以确定时移信号(Sτ)，并形成所述时移信号(Sτ)与所述时间序列(S0)之间的差(Sτ-S0)以确定时间相关的第一信号(S1)，以使得所述时移信号(Sτ)与所述时间序列(S0)之间的所述差(Sτ-S0)的范数最小；
确定与所述第一信号(S1)不同的时间相关的第二信号(S2)，其中，确定所述时间相关的第二信号(S2)包括以下中的至少一项：使用所述燃烧设备(50)的期望周期性燃烧状态的频率(fOL)，以及以设定的时间延迟(τset)对所述时间序列(S0)进行移位；
合并所述第一信号(S1)与所述第二信号(S2)以确定控制信号(S，p2)；以及
使用所述控制信号(S，p2)来影响所述燃烧设备(50)。


2.根据权利要求1所述的方法，其中合并所述第一信号(S1)与所述第二信号(S2)包括以下中的至少一项：确定所述第一信号(S1)和所述第二信号(S2)的函数(F)，确定所述第一信号(S1)和所述第二信号(S2)之和，以及确定所述第一信号(S1)和所述第二信号(S2)的加权和。


3.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述范数对应于所述时移信号(Sτ)与所述时间序列(S0)之间的所述差(Sτ-S0)的绝对幅度值之和，和/或，其中所述范数对应于所述时移信号(Sτ)与所述时间序列(S0)之间的所述差(Sτ-S0)的幅度值的均方根值。


4.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述参数是所述设备中的压力、所述设备中的温度、所述设备中的密度、燃烧的辐射功率、或与所述压力、所述温度、所述密度和所述辐射功率中的至少一项有关的参数。


5.根据前述任一权利要求所述的方法，该方法还包括分析所述时间序列(S0)以确定燃烧的当前状态的特性，改变所述函数(F)的输入参数({a})和/或改变所述设定的时间延迟(τset)。


6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中确定所述时间序列(S0)包括对参数测量值(p1)进行高通滤波，和/或，其中确定所述时间相关的第一信号(S1)包括改变所述可变的时间延迟(τvar)。


7.根据前述任一权利要求所述的方法，其中使用所述控制信号(S，p2)包括以下中的至少一项：
使所述控制信号(S)饱和以形成饱和控制信号；
将所述控制信号(S)或所述饱和控制信号馈送到与所述燃烧设备(50)耦合的执行器(130，430)；
调节所述燃烧设备(50)的燃料氧化剂比；
调节所述燃烧设备(50)的流量；
将所述控制信号(S)或所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·O·帕舍雷特，A·索拉布，L·卡比尔，
申请(专利权)人：柏林工业大学，
类型：发明
国别省市：德国;DE