[发明专利]用于控制燃烧设备的方法和控制装置

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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(NO_x)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。