CN111033125B - 用于控制燃烧设备的方法和控制装置 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

用于控制燃烧设备的方法和控制装置
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(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，例如在该燃烧设备中用于燃烧的燃料和氧化剂的燃料空气比。
这可以通过调节燃料的流量和/或氧化剂的流量来实现。
燃料氧化剂比的调节可以以很少的额外花费来实现，并且已经发现，该调节对于将燃料设备从燃烧混沌状态转换为非混沌燃烧状态是有效的。
可替代地或附加地，控制信号或饱和控制信号可以被转换为声信号，并且该声信号可以被施加给燃烧设备。
通常，该方法以周期性的方式和/或连续的方式被执行。
此外，该时间序列可以被分析以确定当前燃烧状态的特性，以改变该函数(F)的输入参数和/或改变该设定的时间延迟，改变函数(F)的输入参数例如为：如果当前燃烧状态仍然是混沌的，则增加第一信号的增益或权重。
该特性可以是非周期性的度量、到分叉点的距离等。
该特性也可以是波动特性，尤其是用于幅度振荡的度量，例如参数的测量值的均方根值(rms值)，或参数的测量值的统计离差的度量，例如标准差。该波动特性可以用于决定是否要开启控制。
根据控制装置的实施例，该控制装置包括：用于测量与燃烧设备的燃烧状态有关的参数的传感器，与该传感器耦合的控制器，以及与该控制器耦合的执行器。该控制器被配置为从该传感器接收参数的测量值并确定该参数的测量值的时间序列，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，其中，基于该燃烧设备的期望的振荡状态的频率确定该第二信号，和/或，其中，确定该第二信号包括以设定的时间延迟对该时间序列进行移位，输出该第一信号和该第二信号的函数(F)作为初级控制信号。执行器被配置为将该初级控制信号转换成适于影响该燃烧设备的次级控制信号。
例如，该控制装置可以被配置为分别改变该可变的时间延迟，确定(相应的时移信号和)相应的差信号，直到该差信号的范数最低并且达到最小值，以确定该时间相关的第一信号。
在下文中，该控制装置也称为控制器。
通常，该控制装置被配置为执行本文描述的任一种方法。
该控制器可以包括观测单元，该观测单元被配置为使用该参数的时间序列确定该燃烧设备的当前状态的特性。
该观测单元还可以被配置为改变该函数(F)的输入参数和/或改变该设定的时间延迟。
该传感器通常是压力传感器、温度传感器或光传感器。
该传感器可以将该参数的测量值提供为相应的电压值。
该执行器可以是声执行器、电磁驱动膜、阀(例如快速响应阀)或泵。
根据一个实施例，受控系统包括腔室(通常是燃烧室)以及与该腔室耦合的控制装置。
通常，该受控系统形成喷气发动机、燃气涡轮发动机、熔炉、锅炉、火箭发动机或后燃器。
附图说明
附图中的部件不一定按比例绘制，而是重点在于说明本发明的原理。此外，在附图中，相似的附图标记表示对应的部分。在附图中：
图1示意性地示出了根据一实施例的包括控制装置的受控设备；
图2示出了根据一实施例的控制装置的操作；
图3示出了根据一实施例的方法的流程图；
图4示意性地示出了根据一实施例的包括控制装置的受控设备；
图5示出了与图4所示的受控设备的状态相关的光谱；以及
图6示出了根据一实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在下文的具体实施方式中参考了附图，这些附图构成了具体实施方式的一部分，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实施本发明的特定实施例。在这方面，参照附图的方向使用诸如“顶部”、“底部”、“正面”、“背面”、“前面的”、“后面的”等方向性术语。因为实施例的部件可以定位在许多不同的方向上，因此方向性术语用于说明的目的，并且没有任何限制。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，下文的具体实施方式不应被视为限制性的，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。
现在将详细参考各种实施例，在附图中示出了其一个或多个示例。每个示例都是通过解释的方式提供的，并不意味着对本发明的限制。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以在其它实施例上使用或与其它实施例结合使用以产生又一实施例。本发明旨在包括这样的修改和变化。使用特定语言描述了示例，这些特定语言不应被解释为限制所附权利要求书的范围。这些图未按比例绘制，仅用于说明目的。为了清楚起见，如果没有另外说明，则相同的元件或制造步骤在不同的附图中由相同的附图标记表示。
参考图1，阐述了受控设备150的第一实施例。图1示出了受控设备150的框图。
在该示例性实施例中，受控设备或系统150包括燃烧设备50和与燃烧设备50耦合的控制装置100。
在下文中，燃烧设备50也称为燃烧器50。
控制装置100的传感器110与燃烧器50耦合，以在不同的时间t测量与燃烧设备50的燃烧状态有关的参数p，例如压力波动。
传感器110还与装置100的控制器120耦合，使得控制器120可以接收参数p的测量值p1(t)。
控制器120可以接收一个测量值，通常是每个控制周期有几个测量值p1或每个控制周期有一组测量值p1。
此外，控制器120可以确定参数p的测量值p1(t)的时间序列S0(t)。这可以包括附加测量值p1(t)作为诸如阵列之类的存储结构的末端，或者，将测量值p1(t)附加到诸如阵列之类的存储结构的末端，以及可选的后续高通滤波。
基于时间序列S0(t)，控制器120可以确定被馈送到控制装置100的执行器130的初级控制信号S(t)。
执行器130与控制器120连接并且与燃烧器50耦合。
因此，执行器130可以将初级控制信号S(t)转换成用于影响燃烧设备50的次级控制信号p2(t)，这样，使得燃烧设备50的混沌燃烧状态消失，和/或，使得燃烧设备50达到期望的(非混沌)燃烧状态。
例如，可以使用次级控制信号p2(t)来调节燃烧设备50的燃料氧化剂比。
如图2所示，初级控制信号S(t)可以被确定为第一信号S1(t)和第二信号S2(t)的函数F，通常为信号S1(t)与S2(t)的和或者加权和。
第一信号S1(t)可以由控制器120通过如下方式确定。
可变的时间延迟τvar可以初始化为较小的值。可替代地，可变的时间延迟τvar可以被初始化为接近于时间周期的值，该时间周期对应于参数的频谱中主峰的频率。
之后，可以确定时移信号Sτ(t)。通常，通过将时间序列S0(t)时移可变的时间延迟τvar来确定时移信号Sτ(t)：
Sτ(t)＝S0(t-τvar)
之后，可以确定差信号S△(t，τvar)＝Sτ(t)-S0(t)＝S0(t-τvar)-S0(t)。
之后，可以确定差信号S△(t，τvar)的范数|S△(t，τvar)|。
之后，可以改变该可变的时间延迟τvar，并且可以使用该可变的时间延迟τvar来重复执行用于确定差信号的过程。
改变可变的时间延迟τvar和确定差信号S△(t，τvar)通常被重复执行，直到差信号S△(t，τvar)的范数达到最小值为止。最终确定的差信号S△可以用作第一信号S1。
与此不同，第二信号S2(t)可以由控制器120基于燃烧设备50的期望周期性状态的频率来确定。在该实施例中，第二信号S2(t)是开环控制信号SOL(t)。
可替代地或附加地，第二信号S2(t)可以基于时间序列S0(t)和设定的时间延迟τset。
例如，第二信号S2(t)可以被确定为延迟时间序列S0(t-τset)或为SOL(t)和S0(t-τset)的叠加(SOL(t)+S0(t-τset))或加权叠加。
根据一实施例，控制器120是两级控制器，其输出函数F(S1(t)，S2(t){ak})作为控制信号S(t)。
通常，F是线性函数：F(S1(t)，S2(t){ak})＝a1S1(t)+a2S2(t)，权重(增益)为a1，a2({ak})。可以实时改变该增益以获得期望的燃烧状态。例如，只要执行τvar优化，就可以将a2设置为0。
控制器120的两个级121、122中的第一级是反馈控制级121，并且确定第一信号S1(t)。
控制器120的两个级121、122中的第二级确定第二信号S2(t)。
例如，第二级122可以将第二信号S2(t)确定为开环控制信号SOL(t)和反馈信号SFB(t)的加权和：S2(t)＝b1SOL(t)+b2SFB(t)，权重(增益)为b1，b2({bi})。
因此，第二级122可以是(可以操作为)反馈控制级(b1＝0)或开环控制级(b2＝0)。
然而，第二级122可以是(可以操作为)合并控制级(b1≠0，b2≠0)。
开环控制信号SOL(t)可以被确定为时间周期函数H，其周期与期望的周期性燃烧状态的(主)频率(fOL)反相关：SOL(t)＝H(t，fOL)，例如，三角函数sin(2π*fOL*t)。
反馈信号SFB(t)可以被确定为时间序列S0(t)被移位了设定的时间延迟τset：SFB(t)＝S0(t-τset)。
换句话说，如图2所示，控制器120还可以输出函数G(S0(t)，{ak，bi}，τset)作为控制信号S(t)。
可以修改设定的时间延迟τset，直到燃烧设备50达到具有期望的频率的期望的燃烧状态为止。
进一步地，如图1所示，控制装置100可具有观测单元115，该观测单元115用于使用测量值p1(t)或时间序列S0(t)确定燃烧设备50的当前状态的特性(由虚线箭头指示)。
根据该特性，观测单元115可以改变以上结合图2说明的函数参数{ak，bi}、τset。
例如，如果特性指示当前状态仍然是混沌的，则观测单元115可以增加权重a1。
此外，观测单元115可以决定仅在需要时才激活控制(例如，通过将非零值分配给权重a1和/或a2)，例如，如果波动特性高于相应的阈值。
同样地，观测单元115可以被配置为基于一个或多个特性来停用控制或控制的一部分。
观测单元115也可以是控制器120的集成部分。
图3示出了方法1000的流程图，该方法1000可以由以上结合图1、图2阐述的控制装置100执行。
在方框1010中，与燃烧状态有关的参数(p)被测量以获得测量值(p1)，并由此获得参数(p)的时间序列S0(t)，该参数(p)例如燃烧室中或(流体)连接的上游管道或下游管道(例如排气管)中的压力(例如，声压)、燃烧室或上游管道或下游管道中的温度、火焰的温度以及火焰的辐射功率。
在随后的方框1020中，可以基于时间序列S0(t)确定控制信号S(t)。如以上结合图2所阐述的，这一点通常由控制器120通过合并第一信号S1(t)与第二信号S2(t)来实现，更典型地，被实现为函数S(t)＝G(S0(t)，{ak，bi}，τset)。
在随后的方框1030中，控制信号S(t)用于影响燃烧设备50。
例如，控制信号S(t)可以被馈送到合适的执行器，例如电磁驱动膜或燃烧设备的阀，以调节燃烧设备的燃料氧化剂比。
如图3中的虚线箭头所示，方法100通常以周期性的方式/连续的方式被执行。
图4示意性地示出了受控燃烧设备450的实施例。受控燃烧设备450通常类似于以上结合图1、图2所阐述的受控设备150，但是对其进行了更详细的描述。
在示例性实施例中，燃烧设备450具有两个垂直方向的管道412、414，通常是钢制管道。管道412、414的总长度可以大于1m，并且内径可以大于约10cm。
如虚线箭头所示，在示例性实施例中，反应物、燃料和空气被注入第一(下部)管道412的底部。在通过上部管道414之前，气流会遇到穿孔板413，该穿孔板413被用作保持器，以稳定上部管道414中的火焰。该板413可以具有例如六角形的孔。
考虑到一维的纵向结构，当火焰速度等于火焰位置处的未燃流的速度时，火焰保持静止。通过在反应物气流的横截面中使用穿孔板413作为烧嘴(burner)，热量从火焰中损失并且燃烧速度降低，直到其等于未燃烧的混合物速度。因此，在一定条件下，产生了被限制在形成燃烧室的上部管道414中的稳定的层流平面火焰。
然而，可能会由于热声耦合发生具有危害作用的自激不稳定性。例如，在火焰中的不稳定波动与燃烧室(由上部管道414形成)-增压组件(由下部管道412形成)的声音之间的结构性反馈耦合。
麦克风410附着在下部管道412上，作为用于测量下部管道412中的压力的传感器。
可替代地，麦克风可以被附着在上部管道414上。
此外，多个麦克风可以被用作传感器。
在示例性实施例中，测量的压力值p1(t)可以被从麦克风410传送到两级控制器421、422的两个级421、422。
控制器级421被实现为反馈控制级，并且被配置为确定用于反馈控制级121的如上结合图2所阐述的第一信号S1(t)。
控制器级422可以具有两个子单元(子级)422a，422b。子单元422a可以确定第二信号S2(t)为开环控制信号SOL(t)，并且子单元422b可以确定第二信号S2(t)为如上结合图2所阐述的反馈信号SFB(t)。
根据控制器级422的所示开关的开关设置，控制器级422可以提供开环控制信号SOL(t)(当开关处于图4所示的开关设置时)作为第二信号S2(t)或提供反馈信号SFB(t)作为第二信号S2(t)。
在该示例性实施例中，控制器级421、422中的每一个都与相应的压缩驱动器430相连接，该压缩驱动器430用作执行器，该压缩驱动器430与下部管道412耦合。执行器430通常被放置在与管道414中的火焰轴向距离相同的位置。
压缩驱动器430通常包括各自的电磁驱动膜。因此，燃烧过程可以受到足够强大和迅速的影响。如上所述，(电压)信号S1(t)、S2(t)和S(t)可用于产生膜的相应运动。膜的运动继而产生压力波动，该压力波动影响管道412、414内的声场与火焰之间的热声耦合。
可替代地，控制器级421、422可以与公共的压缩驱动器430耦合。
图5示出了图4所示的受控燃烧器450的压力振荡(psd)的频谱a-c。频谱a对应于在停用控制器级421、422的情况下燃烧器450的混沌燃烧状态(失控的燃烧状态)。频谱a示出了几个明显的宽带峰值，其中四个被标记为f1-f4。
如所得的频谱b所示，在接通控制器级421之后，混沌燃烧状态消失。
在进一步将控制器级422接通到图4所示的开关设置中，并且使用具有期望频率fOL的周期性的第二信号S2(t)之后，燃烧器450被驱动到并被锁定在期望的周期性状态，其主频率fOL为333Hz。
实验可以表明，通过改变相移反馈的延迟(使用子级422b)或通过改变开环的频率(使用子级422a)，可以将周期性燃烧行为锁定到期望频率。这在例如采用无源装置的燃烧器中特别有用，该燃烧器通常具有由其几何特性定义的窄带阻尼的特征。
利用本文所述的控制装置，可以将不稳定性的频率调整为落入在其处所配置的无源方法是有效的频带内。
此外，控制装置可以被容易地调节，以跟随(适应于)由燃烧器的工作条件的改变引起的阻尼器性质的任何改变。
图6示出了方法2000的流程图。该方法2000类似于以上结合图3所阐述的方法1000，但是解释的更详细。
方法2000包括方框2010、2020和2030，其通常对应于方法1000的各个方框1010、1020和1030。
此外，在方框2010中测量参数的值p1(t)之后，首先在方法2000的方框2015中分析所获得的时间序列S0(t)。
例如，可以在方框2015的子框2015a中分析表示时间序列S0(t)(或测量的参数值p1(t))的幅度波动的值th。
如果值th高于预定阈值th1，则控制框2020可以被激活。否则，方法2000可以从方框2015的子框2015c返回到方框2010。
此外，基于方框2015a中的分析，可以在子框2015c中决定当值th高于阈值th1时改变上述函数参数{ak，bi}、τset、fOL中的一个或多个。因此，可以分别在方框2020的子框2016和子框2017中更新函数参数{ak，bi}、τset、fOL的当前值。
此外，可以基于框2015a中的分析来决定在方框2020的子框2018中改变开关设置，从而决定在方框2020的子框2022a中确定的开环控制信号SOL(t)和在方框2020的子框2022b中确定的反馈信号SFB(t)如何被合并以形成第二信号S2(t)。
与以上结合图2所阐述的相类似，第二信号S2(t)可以与在方框2020的子框2021中确定的第一信号S1(t)合并，作为具有最低(最小)范数的差信号。
所得的初级控制信号S(t)可以在方框2030的子框2031中被转换为次级控制信号p2(t)，该次级控制信号p2(t)在方框2030的子框2032中被使用以分别影响燃烧设备和燃烧设备的燃烧状态。
此后，方法2000可以返回到方框2010。
根据用于在其中与化学反应有关的参数反映了混沌行为的状态中控制化学反应的方法的实施例，该方法包括测量参数并确定参数的时间序列。以可变的时间延迟对时间序列进行移位，并形成时移信号与时间序列之间的差以确定时间相关的第一信号，从而使时移信号与时间序列之间的差的范数最小。形成时间相关的第二信号，其中确定时间相关的第二信号包括以下中的至少一项：使用化学反应的期望的振荡状态的频率，以及以设定的时间延迟对时间序列进行移位。合并第一信号与第二信号以确定控制信号。该控制信号用于影响化学反应。
通常，化学反应表现为自激不稳定性(需要被控制)。自激不稳定性可能是由于热声耦合引起的。因此，化学反应可以是放热化学反应，更典型地是燃烧(反应)。化学反应也可以是所谓的(非线性)化学振荡器。
通常，在至少部分受限的条件下，更典型地在反应器或腔室中，例如燃烧室中，该化学反应被控制。
然而，也可以想到的是，本文所述的方法用于具有自激不稳定性的物理系统，例如脉冲燃烧器、激光器、热对流回路、以及其它可能出现混沌振荡并且希望通过外部刺激(扰动)进行控制的自然和人工系统等。
根据用于影响化学或物理系统(特别是各个人工系统)的自激不稳定性(例如燃烧器的热声不稳定性)的方法的实施例，该方法包括测量与热声不稳定性有关的参数并确定该参数的时间序列，确定控制信号，并使用该控制信号来影响该不稳定性。确定该控制信号包括：将时间相关的第一信号确定为时间序列与时移信号之间的差信号，该时移信号相对于时间序列被时移，从而使时间序列与时移信号之间的距离最小；确定与第一信号不同的时间相关的第二信号；以及以下中的至少一者：确定第一信号和第二信号的函数，诸如和或加权和；以及合并第一信号与第二信号。确定第二信号包括以设定的时间延迟对时间序列进行移位和/或使用化学或物理系统的期望频率。控制信号通常用于分别影响化学或物理系统以及自激不稳定性。
根据控制装置的实施例，该控制装置包括：传感器，用于测量与化学或物理系统的自激不稳定性(例如燃烧器中的热声不稳定性)相关的参数；与该传感器耦合的控制器，以及与控制器耦合的执行器。该控制器被配置为接收来自传感器的参数的测量值，并根据参数的测量值确定时间序列，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，并形成时移信号与时间序列之间的差以确定时间相关的第一信号，从而使时移信号与时间序列之间的差的范数最小，并确定与第一信号不同的时间有关的第二信号。该第二信号可以基于化学或物理系统的期望的周期性状态的频率和/或基于以设定的时间延迟对时间序列进行移位。控制装置还被配置为输出第一信号和第二信号的函数(F)作为初级控制信号。执行器被配置为将该初级控制信号转换成次级控制信号，该次级控制信号适于分别影响化学或物理系统以及自激不稳定性。
尽管已经公开了本发明的各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改，这些改变和修改将实现本发明的一些优点。对于本领域技术人员显而易见的是，执行相同功能的其它部件可以被适当地替代。应该提到的是，即使在没有明确提及的情况下，参考特定附图阐述的特征也可以与其它附图的特征相结合。对本发明构思的这种修改旨在由所附权利要求书覆盖。
为了便于描述，使用诸如“在...下面”、“在...以下”、“在下方”、“在...上方”、“在上方”等空间相关术语来说明一个元件相对于第二元件的位置。这些术语除了包含与图中描绘的方位不同的方位外，还旨在涵盖装置的不同方位。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各种元件、区域、部分等，并且也不旨在进行限制。在整个说明书中，相似的术语指代相似的元素。
如本文中所使用的，术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是开放式术语，其指示所陈述的元素或特征的存在，但是不排除其它元素或特征。除非上下文另外明确指出，否则冠词“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在包括复数和单数。
考虑到上述变化和应用的范围，应当理解，本发明不受前述描述的限制，也不受附图的限制。相反，本发明仅由所附权利要求书及其合法等同物限制。

Claims (15)

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：
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：使用所述燃烧设备(50)的期望周期性燃烧状态的频率(fOL)，或者以设定的时间延迟(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：确定所述第一信号(S1)和所述第二信号(S2)的函数(F)，或者确定所述第一信号(S1)和所述第二信号(S2)之和，或者确定所述第一信号(S1)和所述第二信号(S2)的加权和。
3.根据权利要求1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，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.根据权利要求1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.根据权利要求2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})或改变所述设定的时间延迟(τset)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，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，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.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，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)或所述饱和控制信号转换为声信号；以及
将所述声信号施加到所述燃烧设备(50)。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述方法以周期性的方式或连续的方式执行。
9.一种控制装置(100)，包括：
传感器(110，410)，用于测量与燃烧设备(50)的燃烧状态有关的参数(p)；
控制器(120，421，422)，与所述传感器(110，410)连接，并被配置为：
从所述传感器(110)接收所述参数(p)的测量值(p1)，并确定所述参数(p)的所述测量值的时间序列(S0)；
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，基于所述燃烧设备(50)的期望周期性状态的频率(fOL)确定所述第二信号(S2)，或，其中，确定所述第二信号(S2)包括以设定的时间延迟(τset)对所述时间序列(S0)进行移位；以及
输出所述第一信号(S1)和所述第二信号(S2)的函数(F)作为初级控制信号(S)；以及
执行器(130，430)，与所述控制器(120)连接，并被配置为将所述初级控制信号(S)转换成适于影响所述燃烧设备(50)的次级控制信号(p2)。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述传感器(110，410)是压力传感器、温度传感器或光传感器。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述执行器(130，430)是声执行器、电磁驱动膜、阀或泵。
12.根据权利要求9所述的装置，其中控制装置(100，421，422)包括观测单元(115)，所述观测单元(115)被配置为进行以下中的至少一项：
使用所述时间序列(S0)或所述参数(p)的所述测量值(p1)确定所述燃烧设备的当前状态的特性；
使用所述特性来改变所述函数(F)的输入参数({a})；以及
使用所述特性来改变所述设定的时间延迟(τset)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的装置，其中控制装置(100，421，422)被配置为执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
14.一种受控系统(150，450)，包括腔室(412，414)和与所述腔室(412，414)耦合的控制装置(100)，该控制装置(100)为根据权利要求9至13中任一项所述的控制装置(100)。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述腔室是燃烧室(412，414)，和/或其中，所述受控系统由以下各项中的至少一项形成或包括以下各项中的至少一项：喷气发动机、火箭发动机、燃气涡轮发动机、熔炉、锅炉或后燃器。
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