JP6541104B2 - Observation apparatus and observation method - Google Patents

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  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Description

本発明は、物理現象を観測する観測装置及び観測方法に関するものである。   The present invention relates to an observation apparatus and an observation method for observing a physical phenomenon.

例えば、ガスタービン燃焼器においては、燃焼振動及び吹き消えのような不安定な燃焼状態の発生は好ましくない。また、ガスタービンエンジンでは、かかる不安定な燃焼状態以外にも、回転翼フラッタ、旋回失速、及びサージ等の不安定な現象が発生することもある。また、ガスタービンエンジン以外の分野では、例えば熱交換器又は化学反応器において、流体の好ましくない不安定な流動状態が発生することがある。従来、かかる不安定な物理現象の発生を検知することが望まれている。   For example, in gas turbine combustors, the occurrence of unstable combustion conditions such as combustion oscillations and blowouts is undesirable. Further, in the gas turbine engine, unstable phenomena such as fluttering of the rotary blade, rotational stall and surge may occur in addition to such unstable combustion state. Also, in areas other than gas turbine engines, undesirable and unstable flow conditions of the fluid may occur, for example, in heat exchangers or chemical reactors. Conventionally, it is desirable to detect the occurrence of such unstable physical phenomena.

不安定な物理現象には、ガスタービン燃焼器における吹き消えのように突発的に発生するものがある。このような突発的に発生する不安定な物理現象は、周波数解析のような線形解析では正確に検知することが困難である。そこで、従来、非線形解析を用いて、不安定な物理現象を検知する方法が開発されている。例えば特許文献1には、カオス時系列解析で用いられている手法を採用して、火炎のゆらぎを測定する方法が開示されている。特許文献1に記載の方法では、ターケンスの埋め込み定理を用いてアトラクタを再構成し、相関次元と最大リアプノフ指数とを求め、これらから燃焼状態を計測するようになっている。   Some unstable physical phenomena occur suddenly like blow-off in a gas turbine combustor. Such unstable physical phenomena which occur suddenly are difficult to detect accurately by linear analysis such as frequency analysis. Therefore, conventionally, methods of detecting unstable physical phenomena have been developed using nonlinear analysis. For example, Patent Document 1 discloses a method of measuring flame fluctuations by employing a method used in chaotic time series analysis. In the method described in Patent Document 1, the attractor is reconfigured by using the Tarnes embedding principle, the correlation dimension and the maximum Lyapunov exponent are obtained, and the combustion state is measured from these.

しかしながら、特許文献1に記載の方法において用いられている相関次元及びリアプノフ指数は古典的な非線形解析理論であり、特に相関次元では膨大なデータ点数の時系列データを必要とする。したがって、演算負荷が高く、しかもまとまった時系列データを取得した後にしか演算処理を行うことができない。このため、特許文献1に記載の方法は、物理現象の発生を高い即時性で推定するような用途には向かず、その応用分野が限られる。   However, the correlation dimension and the Lyapunov index used in the method described in Patent Document 1 are classical non-linear analysis theory, and in particular, the correlation dimension requires time-series data of a large number of data points. Therefore, the calculation load is high, and the calculation processing can be performed only after acquiring the collected time series data. For this reason, the method described in Patent Document 1 is not suitable for applications that estimate occurrence of physical phenomena with high immediacy, and its application fields are limited.

また、特許文献2には、時間的に変化する物理量を検出し、検出された物理量に関する並進誤差を演算し、演算された並進誤差に基づいて、特定の物理現象の発生を推定する方法が開示されている。
特許文献2に記載の方法では、特許文献1に記載の方法に比べて演算に使用する物理量のデータ数を少なくすることができ、データ量を大幅に削減して特定の物理現象の発生を高い即時性で推定することができる。そして、特許文献2に記載の方法を用いることによって、ガスタービン燃焼器等において燃焼に伴う圧力の変動を検出し、この圧力変動から不安定な燃焼状態の発生を推定することによって、燃料供給量の制御を行うようにしている。
Further, Patent Document 2 discloses a method of detecting a temporally changing physical quantity, calculating a translational error related to the detected physical quantity, and estimating the occurrence of a specific physical phenomenon based on the calculated translational error. It is done.
The method described in Patent Document 2 can reduce the number of data of physical quantities used for calculation compared to the method described in Patent Document 1, significantly reduces the amount of data, and increases the occurrence of specific physical phenomena. It can be estimated by immediacy. Then, by using the method described in Patent Document 2, the fluctuation of the pressure accompanying the combustion is detected in the gas turbine combustor etc., and the generation of the unstable combustion state is estimated from the pressure fluctuation, whereby the fuel supply amount is obtained. To control the

特開2006−138517号公報JP, 2006-138517, A 特開2013−238365号公報JP, 2013-238365, A

しかしながら、燃焼器における不安定な燃焼状態に応じた燃料供給の制御のように、高い即時性でより短時間に物理現象の推定を行うことが必要とされる場合には、より簡単なアルゴリズムによって演算の高速化を図り、より応答性及び安定性の高い処理が求められるところである。   However, if it is necessary to estimate the physical phenomenon in high immediacy and in a short time, such as control of the fuel supply according to the unstable combustion state in the combustor, by a simpler algorithm In order to speed up the operation, a process with higher responsiveness and stability is required.

本発明は、従来とはさらに異なる手法によって、より応答性等の高い物理現象の観測を可能とする観測装置及び観測方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an observation device and an observation method capable of observing a physical phenomenon such as higher responsiveness by a method different from the conventional one.

(1)本発明に係る観測装置は、
時間的に変化する物理現象の物理量を検出する検出部と、
検出した各時刻の物理量をノードとして設定し、複数のノードを以下に示す条件(A)及び(B)にしたがってエッジにより接続した複雑ネットワークを経時的に生成する生成部と、
前記複雑ネットワークにおける所定の特徴量を求める演算部と、
前記特徴量に基づいて物理現象の状態を推定する推定部と、を備えている。
(A):検出時刻が隣接する物理量により設定されるノード同士
(B):時刻tに検出された物理量yと、時刻tよりも後の時刻tに検出された物理量yと、時刻tと時刻tとの間の時刻tに検出された物理量yとが、次の式を満たす場合における、物理量yと物理量yにより設定されるノード同士
(1) The observation device according to the present invention
A detection unit that detects physical quantities of temporally changing physical phenomena;
A generation unit that sets, as nodes, physical quantities at respective times detected, and temporally generates a complex network in which a plurality of nodes are connected by an edge according to conditions (A) and (B) described below;
An operation unit for obtaining a predetermined feature amount in the complex network;
And an estimation unit configured to estimate a state of a physical phenomenon based on the feature amount.
(A): a node between which is set by the physical quantity detection time is adjacent (B): and the time t a detected physical quantity y a, a physical quantity y b detected at time t b after time t a , the node between the physical quantity y c detected at time t c between time t a and the time t b is in the case which satisfies the following equation, is set by the physical quantity y a physical quantity y b

この観測装置によれば、所定の条件にしたがって物理現象の物理量についての複雑ネットワークを生成し、この複雑ネットワークの特徴量に基づいて物理現象の状態を推定する。これにより、簡単なアルゴリズムによって物理現象の状態を推定することが可能となり、演算の高速化を図り、より応答性の高い処理を実現することができる。
なお、複雑ネットワークの特徴量としては、平均次数、平均頂点間距離、クラスター係数、次数分布の最頻値、次数分布の最頻値の頻度等を用いることができる。また、生成部は、複雑ネットワークを記述するための隣接行列や隣接リストを生成するものであってもよいが、これに限らず、単に所定の特徴量を演算するために必要なデータ(ノード数、エッジ数等)を取得するものであってもよく、この場合、生成部としての処理が実質的に演算部として処理に含まれていてもよい。
According to this observation apparatus, a complex network of physical quantities of physical phenomena is generated according to a predetermined condition, and the state of physical phenomena is estimated based on the feature quantities of the complex networks. As a result, it becomes possible to estimate the state of the physical phenomenon by a simple algorithm, speeding up the operation, and realizing more responsive processing.
As the feature quantity of the complex network, it is possible to use the average order, the average distance between vertices, the cluster coefficient, the mode value of the order distribution, the frequency of the mode value of the order distribution, and the like. The generation unit may generate an adjacency matrix or an adjacency list for describing a complex network, but the present invention is not limited to this, and data (number of nodes necessary for merely calculating a predetermined feature amount may be used. , The number of edges, etc.) may be acquired, and in this case, the processing as the generation unit may be substantially included in the processing as the calculation unit.

(2)前記生成部は、前記複雑ネットワークにおいて、エッジによって接続するノードの範囲を所定の規則に基づいて制限することが好ましい。
このような構成によって、計算量を効率よく減少させることができ、より演算の高速化を図ることができる。
(2) In the complex network, the generation unit preferably limits the range of nodes connected by an edge based on a predetermined rule.
With such a configuration, the amount of calculation can be reduced efficiently, and the speed of calculation can be further improved.

(3)前記ノードの範囲は、所定の物理現象が発生したときの物理量の変動周期あたりの物理量の検出回数に基づいて設定されることが好ましい。
このような構成によって、所定の物理現象が発生した場合のノードに接続されるエッジの数、すなわち次数の意図しない増加を抑えることができ、所定の物理現象が発生しているときと発生してないときとの間で、次数に差異を生じさせることができる。複雑ネットワークの特徴量は、通常、次数との間に高い関連性を有しているため、上記構成を採用することによって、物理現象の状態を推定するために好適に活用することができる。
(3) Preferably, the range of the node is set based on the number of times of detection of the physical quantity per fluctuation period of the physical quantity when a predetermined physical phenomenon occurs.
With such a configuration, it is possible to suppress an unintended increase in the number of edges connected to a node when a predetermined physical phenomenon occurs, that is, the order, which occurs when a predetermined physical phenomenon occurs. A difference can be made in the order between when it is not and when. Since the feature quantities of complex networks usually have a high degree of association with the order, adopting the above configuration can be suitably used to estimate the state of a physical phenomenon.

(4)前記特徴量は、前記複雑ネットワークの平均次数であってもよい。
このような構成によって非常に簡単な演算によってネットワークの特徴量を求めることができる。
(4) The feature quantity may be an average order of the complex network.
With such a configuration, it is possible to obtain the feature of the network by a very simple operation.

(5)前記推定部は、前記平均次数と所定の閾値との比較に基づいて、物理現象の状態を推定するものであってもよい。 (5) The estimation unit may estimate the state of the physical phenomenon based on comparison between the average order and a predetermined threshold.

(6)前記物理現象は、燃焼器における燃料の燃焼であり、前記物理量は、燃焼器内の圧力であってもよい。
この場合、燃焼に伴う圧力の変化から物理現象の状態を推定することができる。
(6) The physical phenomenon may be combustion of fuel in the combustor, and the physical quantity may be pressure in the combustor.
In this case, the state of the physical phenomenon can be estimated from the change in pressure accompanying combustion.

(7)上記(6)において、前記推定部は、前記燃焼器における燃焼の不安定を推定することが好ましい。
このような構成によって、燃焼振動又は吹き消えのような燃焼の不安定の発生を推定し、燃料の供給制御等のために活用することができる。
(7) In the above (6), preferably, the estimation unit estimates combustion instability in the combustor.
With such a configuration, the occurrence of combustion instability such as combustion oscillation or blowout can be estimated and utilized for fuel supply control and the like.

(8)前記推定部は、前記燃焼器における燃焼の不安定として、吹き消えの発生を推定することが好ましい。
近年、燃焼器においては、予混合気を希薄化させることによって二酸化炭素及びNOxの発生を低減させることが行われているが、この希薄化によって吹き消えが発生する可能性が高くなるので、本発明のように吹き消えの発生を推定することは極めて有用である。
(8) It is preferable that the said estimation part estimates generation | occurrence | production of blow-off as instability of the combustion in the said combustor.
In recent years, it has been practiced in the combustor to reduce the generation of carbon dioxide and NOx by diluting the premixed gas, but this dilution increases the possibility of blowout, so It is extremely useful to estimate the occurrence of blowout as in the invention.

(9)本発明に係る観測方法は、
コンピュータが実行する物理現象の観測方法であって、
前記コンピュータが、
時間的に変化する物理現象の物理量を取得するステップと、
取得した各時刻の物理量をノードとして設定し、複数のノードを以下に示す条件(A)及び(B)にしたがってエッジにより接続した複雑ネットワークを経時的に生成するステップと、
前記複雑ネットワークにおける所定の特徴量を求めるステップと、
前記特徴量に基づいて物理現象の状態を推定するステップと、を含む。
(A):検出時刻が隣接する物理量により設定されるノード同士
(B):時刻tに検出された物理量yと、時刻tよりも後の時刻tに検出された物理量yと、時刻tと時刻tとの間の時刻tに検出された物理量yとが、次の式を満たす場合における、物理量yと物理量yにより設定されるノード同士

(9) The observation method according to the present invention is
A method of observing physical phenomena that a computer executes,
The computer
Obtaining physical quantities of time-varying physical phenomena;
Setting the acquired physical quantity at each time as a node, and generating, over time, a complex network in which a plurality of nodes are connected by an edge according to conditions (A) and (B) shown below;
Determining a predetermined feature amount in the complex network;
Estimating the state of the physical phenomenon based on the feature amount.
(A): a node between which is set by the physical quantity detection time is adjacent (B): and the time t a detected physical quantity y a, a physical quantity y b detected at time t b after time t a , the node between the physical quantity y c detected at time t c between time t a and the time t b is in the case which satisfies the following equation, is set by the physical quantity y a physical quantity y b

この観測方法によれば、所定の条件にしたがって物理現象の物理量についての複雑ネットワークを生成し、この複雑ネットワークの特徴量に基づいて物理現象の状態を推定する。これにより、簡単なアルゴリズムによって物理現象の状態を推定することが可能となり、演算の高速化を図り、より応答性の高い処理を実現することができる。   According to this observation method, a complex network of physical quantities of physical phenomena is generated according to a predetermined condition, and the state of physical phenomena is estimated based on the feature quantities of the complex networks. As a result, it becomes possible to estimate the state of the physical phenomenon by a simple algorithm, speeding up the operation, and realizing more responsive processing.

本発明によれば、応答性の高い物理現象の観測が可能となる。   According to the present invention, it is possible to observe responsive physical phenomena.

実施形態に係る燃焼状態の観測装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the observation apparatus of the combustion state which concerns on embodiment. 信号解析装置の機能ブロックである。It is a functional block of a signal analysis device. 複雑ネットワークの生成に使用される圧力変動信号の一例を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing an example of a pressure fluctuation signal used to generate a complex network. 一般的な複雑ネットワーク(グラフ;Graph)の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a general complex network (graph; Graph). 可視グラフの一例を示す説明図である。It is an explanatory view showing an example of a visible graph. (a)は、可視グラフにおいて頂点(ノード)を枝(エッジ)で接続した結果を示す図であり、(b)は、その結果から生成された複雑ネットワークを示す図である。(A) is a figure which shows the result of having connected the vertex (node) by edge (edge) in a visible graph, (b) is a figure which shows the complex network produced | generated from the result. 可視グラフ上においてエッジで接続するノードの範囲(視力)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the range (eyesight) of the node connected by an edge on visible graph. 可視グラフ上においてエッジで接続するノードの範囲(視力)の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the range (eyesight) of the node connected by an edge on visible graph. 視力の設定を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the setting of vision. 複雑ネットワークの平均次数と当量比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the average order of an complexity network, and an equivalence ratio. 燃焼制御処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a combustion control process. 2次燃料流量計算処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a secondary fuel flow rate calculation process. 観測装置の性能評価試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the performance evaluation test of an observation apparatus. 観測装置の性能評価試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the performance evaluation test of an observation apparatus.

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
以下では、ガスタービン燃焼器の燃焼状態を観測する観測装置の構成及びその動作について説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
The configuration and operation of an observation device for observing the combustion state of the gas turbine combustor will be described below.

[1.観測装置の構成]
本実施形態に係る観測装置は、ガスタービンモデル燃焼器(ガスタービンエンジン燃焼器の部分要素を模擬した燃焼器)の燃焼状態(物理現象)を複雑ネットワークの特徴量を用いて解析し、燃焼状態を推定するものである。特に、本実施形態では、安定した燃焼状態と不安定な燃焼状態である燃焼振動と吹き消えの発生とをそれぞれ識別できるように推定する。まず、観測装置の構成について説明する。
[1. Configuration of observation device]
The observation device according to the present embodiment analyzes the combustion state (physical phenomenon) of a gas turbine model combustor (a combustor simulating a partial element of a gas turbine engine combustor) using feature quantities of a complex network, and the combustion state To estimate. In particular, in the present embodiment, it is estimated that the stable combustion state and the unstable combustion state, that is, the combustion vibration and the occurrence of blow-off can be distinguished. First, the configuration of the observation device will be described.

図1は、本実施形態に係る燃焼状態の観測装置の構成を示す模式図である。図1に示すように、この観測装置100は、ガスタービンモデル燃焼器(以下、単に「燃焼器」ともいう)1と、圧力トランスデューサ2と、制御部3と、燃料タンク4と、コンプレッサ5とを備えている。   FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a combustion state observation device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the observation device 100 includes a gas turbine model combustor (hereinafter, also simply referred to as a “combustor”) 1, a pressure transducer 2, a control unit 3, a fuel tank 4, and a compressor 5. Is equipped.

燃焼器1は、燃料と空気の混合気を燃焼させる予混合燃焼器(希薄予混合燃焼器)である。燃焼器1は、燃焼室11と、水冷室12と、インテーク部13と、図示しないスワーラとを具備する。この燃焼器1は、コンプレッサ5から供給される空気と、燃料タンク4から供給されるメタンとをインテーク部13で混合させて予混合気を形成し、スワーラによって当該予混合気に旋回を与えながら燃焼室11で燃焼させる構成である。
なお、燃焼器1は、ジェットエンジンや産業用ガスタービンエンジンの燃焼器であってもよい。
The combustor 1 is a premixed combustor (lean premixed combustor) that burns a mixture of fuel and air. The combustor 1 includes a combustion chamber 11, a water cooling chamber 12, an intake portion 13, and a swirler (not shown). The combustor 1 mixes the air supplied from the compressor 5 and the methane supplied from the fuel tank 4 by the intake section 13 to form a premixed gas, and swirls the premixed gas by the swirler. The combustion is performed in the combustion chamber 11.
The combustor 1 may be a combustor of a jet engine or an industrial gas turbine engine.

燃焼室11には、圧力トランスデューサ(検出部)2が取り付けられている。この圧力トランスデューサ2は、燃焼室11の壁面位置の圧力変動(物理量)を検出する。圧力トランスデューサ2は、検出した圧力変動に応じた電圧信号である圧力変動信号を出力するようになっている。   A pressure transducer (detection unit) 2 is attached to the combustion chamber 11. The pressure transducer 2 detects pressure fluctuation (physical quantity) at a wall surface position of the combustion chamber 11. The pressure transducer 2 is adapted to output a pressure fluctuation signal which is a voltage signal corresponding to the detected pressure fluctuation.

圧力トランスデューサ2には、増幅器21が接続されており、圧力トランスデューサ2から出力された圧力変動信号は増幅器21によって増幅される。   An amplifier 21 is connected to the pressure transducer 2, and the pressure fluctuation signal output from the pressure transducer 2 is amplified by the amplifier 21.

制御部3は、信号解析装置31と、マスフローコントローラ32,33とを具備する。信号解析装置31は、以下に説明する燃焼制御処理を実行するコンピュータプログラムをコンピュータにインストールして構成されたものであり、信号解析装置31における各種の機能は、このコンピュータプログラムによって実現されている。
なお、信号解析装置31を構成するコンピュータは、演算処理装置、記憶部、入出力デバイス等を有している。
The control unit 3 includes a signal analysis device 31 and mass flow controllers 32 and 33. The signal analysis device 31 is configured by installing a computer program for executing the combustion control process described below in a computer, and various functions in the signal analysis device 31 are realized by the computer program.
In addition, the computer which comprises the signal-analysis apparatus 31 has an arithmetic processing unit, a memory | storage part, an input-output device, etc.

図2は、信号解析装置31の機能ブロックを示している。この信号解析装置31は、圧力変動信号入力部311、記憶部312、複雑ネットワーク生成部313、平均次数演算部314、閾値設定部315、吹き消え発生推定部316、2次燃料流量計算部317、及び2次燃料流量制御部318としての機能を有している。   FIG. 2 shows functional blocks of the signal analysis device 31. The signal analysis device 31 includes a pressure fluctuation signal input unit 311, a storage unit 312, a complex network generation unit 313, an average order calculation unit 314, a threshold setting unit 315, a blowout occurrence estimation unit 316, a secondary fuel flow rate calculation unit 317, And a function as a secondary fuel flow rate control unit 318.

圧力変動信号入力部311は、圧力トランスデューサ2から出力され、増幅器21によって増幅された圧力変動信号を受信するためのものである。図3に、圧力変動信号の時間の経過に伴う変化をグラフで示している。   The pressure fluctuation signal input unit 311 is for receiving the pressure fluctuation signal output from the pressure transducer 2 and amplified by the amplifier 21. FIG. 3 graphically shows the change over time of the pressure fluctuation signal.

記憶部312は、所定期間(例えば、50msec)の圧力変動信号を記憶するためのものである。燃焼室11の圧力変動は、圧力トランスデューサ2によって検出され、時系列の圧力変動信号として出力される。圧力変動信号入力部311により取り込まれた圧力変動信号は、FIFO形式で記憶部312に記憶される。つまり、記憶部312には、新たな圧力変動信号が追加されると、古い圧力変動信号(約50msec前に記憶された圧力変動信号)が消去される。このように記憶部312の圧力変動信号が更新されることにより、常時50msecの期間の圧力変動信号が記憶されるようになっている。   The storage unit 312 is for storing a pressure fluctuation signal for a predetermined period (for example, 50 msec). The pressure fluctuation in the combustion chamber 11 is detected by the pressure transducer 2 and output as a time-series pressure fluctuation signal. The pressure fluctuation signal fetched by the pressure fluctuation signal input unit 311 is stored in the storage unit 312 in the FIFO format. That is, when a new pressure fluctuation signal is added to the storage unit 312, the old pressure fluctuation signal (the pressure fluctuation signal stored about 50 msec before) is erased. By updating the pressure fluctuation signal of the storage unit 312 as described above, the pressure fluctuation signal of a period of 50 msec is always stored.

複雑ネットワーク生成部313は、記憶部312に記憶されている圧力変動信号に基づいて、複雑ネットワークを生成するためのものである。
平均次数演算部314は、この複雑ネットワークの特徴量である平均次数を演算により求めるためのものである。
The complex network generation unit 313 is for generating a complex network based on the pressure fluctuation signal stored in the storage unit 312.
The average order calculator 314 calculates an average order which is a feature of the complex network.

ここで、複雑ネットワークとは、多数の構成要素が複雑な繋がり方をしたネットワークの総称をいう。図4に複雑ネットワークの一態様としてのグラフ(Graph)を例示する。グラフとは、ネットワークの数学的表現方法であり、複数のノードと、各ノードを接続するエッジとから構成される。また、各ノードから出ているエッジの数のことを「次数」という。図4に示す各ノードには、次数(エッジの数)が記載されている。グラフで表現される1つのネットワークにおいて、各ノードから出ているエッジの数の平均を「平均次数」という。したがって、平均次数<k>は、次の式(1)で表される。   Here, the complex network is a generic name of a network in which many components are connected in a complicated manner. FIG. 4 illustrates a graph as an aspect of the complex network. A graph is a mathematical expression method of a network, and is composed of a plurality of nodes and an edge connecting each node. Also, the number of edges coming out of each node is called "order". The order (number of edges) is described in each node shown in FIG. In one network represented by a graph, the average of the number of edges coming out of each node is referred to as "average degree". Therefore, the average degree <k> is expressed by the following equation (1).

ここで、nは、ノードの数、kは各ノードの次数である。 Here, n is the number of nodes, and k i is the order of each node.

例えば、図4に示す例においては、平均次数<k>は、
<k>=(1+4+2+3+2)/5=2.4
となる。
For example, in the example shown in FIG.
<K> = (1 + 4 + 2 + 3 + 2) /5=2.4
It becomes.

本実施形態の複雑ネットワーク生成部313は、図3に示すような圧力変動信号から複雑ネットワークを生成する。そして、複雑ネットワークの生成のために、次に説明するような「可視グラフ」を利用する。   The complex network generation unit 313 of the present embodiment generates a complex network from the pressure fluctuation signal as shown in FIG. Then, in order to generate a complex network, the “visible graph” as described below is used.

図5は、可視グラフの一例を示す説明図である。可視グラフは、障害物を避けて見えるノード同士(見通しのあるノード同士)をエッジで繋ぎ合わせるものである。図5に例示する可視グラフは、棒グラフにより構成され、各棒グラフの頂点をノードとして設定する。そして、各ノードは、自身よりも右側にあるノードにエッジで接続される。   FIG. 5 is an explanatory view showing an example of a visible graph. In the visible graph, nodes that look away from obstacles (nodes with line of sight) are connected by edges. The visible graph illustrated in FIG. 5 is configured by a bar graph, and the vertex of each bar graph is set as a node. Then, each node is connected at an edge to a node located to the right of itself.

例えば、左端の棒グラフのノードn1から右側の棒グラフのノードn2〜n6を見たときに、ノードn2〜n5は視界が遮られることなく見通すことができるが、ノードn6及びそれより以降(右側)の全てのノードは、ノードn5を有する棒グラフによって視界が遮られ、見通すことができない。したがって、この場合、ノードn1は、ノードn2〜n5とエッジによって接続され、ノードn6以降とは接続されない。このように可視グラフを用いて複数のノードをエッジで接続することにより、複雑ネットワークを生成することができる。   For example, when looking from the node n1 of the leftmost bar graph to the nodes n2 to n6 of the right bar graph, the nodes n2 to n5 can be seen without being blocked, but the node n6 and thereafter (right side) All nodes are obscured by the bar graph with node n5 and can not be seen. Therefore, in this case, node n1 is connected to nodes n2 to n5 by the edge and not connected to node n6 and subsequent nodes. A complex network can be generated by connecting a plurality of nodes by edges using a visible graph in this manner.

可視グラフにおいて、横軸方向に隣接するノード同士は、エッジによって必ず接続される。横軸方向に1つ以上離れたノード同士をエッジでつなぎ合わせるか否かは、次の式(2)を満たすか否かによって判定する。   In the visible graph, nodes adjacent in the horizontal axis direction are always connected by an edge. Whether or not nodes that are separated by one or more in the horizontal axis direction are connected by an edge is determined by whether or not the following equation (2) is satisfied.

ここで、tは、図5の可視グラフの横軸の値、yは、縦軸の値を示す。添字aは、接続元となるノードを示し、添字bは、接続先となるノードを示し、添字cは、接続元と接続先の間にある中間のノードを示す。
式(2)は、接続元のノードと接続先のノードとを結ぶ線の傾きが、接続元のノードと中間のノードとを結ぶ線の傾きよりも大きいことを条件とするものである。この条件を満たす場合、接続元のノードと接続先のノードとを接続する。図5において上向きの矢印は傾きが大きいことを示し、下向きの矢印は傾きが小さいことを示し、水平の矢印は傾きが同一であることを示している。
Here, t represents the value of the horizontal axis of the visible graph of FIG. 5, and y represents the value of the vertical axis. The subscript a indicates a node to be a connection source, the subscript b indicates a node to be a connection destination, and the subscript c indicates an intermediate node between the connection source and the connection destination.
Expression (2) is based on the condition that the slope of the line connecting the connection source node and the connection destination node is larger than the slope of the line connecting the connection source node and the intermediate node. If this condition is satisfied, the connection source node and the connection destination node are connected. In FIG. 5, the upward arrow indicates that the inclination is large, the downward arrow indicates that the inclination is small, and the horizontal arrows indicate that the inclination is the same.

図5の可視グラフの下側には、左端の棒グラフのノードを接続元aとし、他のノードを接続先bとした場合の接続関係を表で示している。中間のノードはc1,c2・・・で示す。この表の左端には、接続の可否を示す「○」「×」が示されている。すなわち、接続元のノードと接続先のノードとを結ぶ線の傾きが、接続元のノードと中間のノードとを結ぶ線の傾きよりも大きい場合には、両ノードをエッジで接続するので「○」を付し、接続元のノードと接続先のノードとを結ぶ線の傾きが、接続元のノードと中間のノードとを結ぶ線の傾きよりも小さい場合には、両ノードをエッジで接続しないので「×」を付している。   On the lower side of the visible graph in FIG. 5, a connection relationship in the case where the node of the bar graph on the left end is a connection source a and the other nodes are a connection destination b is shown in a table. Intermediate nodes are indicated by c1, c2,. At the left end of this table, "o" and "x" are shown to indicate whether or not connection is possible. That is, when the slope of the line connecting the connection source node and the connection destination node is larger than the slope of the line connecting the connection source node and the intermediate node, both nodes are connected by an edge. If the slope of the line connecting the connection source node and the connection destination node is smaller than the slope of the line connecting the connection source node and the intermediate node, the two nodes are not connected by an edge. Because "X" is attached.

図6(a)は、式(2)の判定にしたがって、各ノードをエッジで接続したものである。その結果、生成された複雑ネットワークを図6(b)に示す。図6(b)において、水平に延びる線は、隣接するノード同士を接続するエッジを意味し、水平に延びる線から上下に湾曲する線は、1つ以上離れたノード同士を接続するエッジを意味する。   FIG. 6A shows that each node is connected by an edge according to the determination of the equation (2). The resulting complex network is shown in FIG. 6 (b). In FIG. 6B, a line extending horizontally means an edge connecting adjacent nodes, and a line curving up and down from the line extending horizontally means an edge connecting nodes one or more away from each other. Do.

以上のような手順により、可視グラフを用いて複雑ネットワークを生成することができる。そして、本実施形態における複雑ネットワーク生成部313は、図3に示す圧力変動信号のグラフを可視グラフとすることによって、上記と同様の手順で複雑ネットワークを生成する。図3に示す圧力変動信号は時系列データであり、複雑ネットワーク生成部313は、1又は複数の圧力変動信号が取得される毎に経時的に複雑ネットワークを生成することができる。なお、一般に、複雑ネットワークは、複数のノードの接続関係が隣接行列や隣接リストによって記述されるが、本実施形態の複雑ネットワーク生成部313は、明確なかたちで隣接行列や隣接リストを生成せずに、次に説明する平均次数演算部314で用いられるノード数や次数のデータを取得するものとなっている。したがって、高速な演算処理が可能となる。   By the above procedure, a complex network can be generated using a visible graph. Then, the complex network generation unit 313 in the present embodiment generates a complex network in the same procedure as described above by using the graph of the pressure fluctuation signal illustrated in FIG. 3 as a visible graph. The pressure fluctuation signal illustrated in FIG. 3 is time-series data, and the complex network generation unit 313 can generate a complex network over time each time one or a plurality of pressure fluctuation signals are acquired. In general, in a complex network, a connection relation of a plurality of nodes is described by an adjacency matrix or an adjacency list, but the complex network generation unit 313 of this embodiment does not generate the adjacency matrix or the adjacency list in a clear form. In addition, data of the number of nodes and the order used in the average order calculator 314 described below is acquired. Therefore, high-speed arithmetic processing is possible.

図2に示す平均次数演算部314は、式(2)を用いて生成した圧力変動信号の複雑ネットワークに対象として、上述した式(1)によって平均次数<k>を演算する。本実施形態では、平均次数の演算を50msec毎に繰り返し、高い即時性で観測を行う。   The average order calculator 314 shown in FIG. 2 calculates the average order <k> according to the above-mentioned equation (1) for the complex network of pressure fluctuation signals generated using the equation (2). In this embodiment, the calculation of the average order is repeated every 50 msec to perform observation with high immediacy.

可視グラフを用いて複雑ネットワークを生成する場合、例えば、時系列データに、突発的に高い値が発生した場合や変動が非常に緩やかになった場合に、エッジの数が膨大となり、平均次数<k>もそれに伴って増加する。
例えば、図7(a)に示すように、時系列のデータ中に、例えば外れ値のような高い値が1つだけ存在すると、そのノードと他のノードとの間の見通しがよくなるため、全体の次数が顕著に高くなる。
また、図8(a)に示すように、時系列のデータが低周波の周期で緩やかに凹状に変動した場合、ノード同士の見通しがよくなるため、全体の次数が顕著に高くなる。
When a complex network is generated using a visible graph, for example, the number of edges becomes enormous when a high value occurs suddenly in the time-series data or when the variation becomes very gentle, and the average order <k> also increases accordingly.
For example, as shown in FIG. 7A, if there is only one high value, such as an outlier, in the time series data, the line of sight between the node and other nodes is improved. The order of is significantly higher.
In addition, as shown in FIG. 8A, when time series data fluctuates in a concave manner gently with a low frequency cycle, the visibility of nodes improves, and the overall order becomes remarkably high.

本実施形態では、上記のいずれの場合にも次数が顕著に高くなることを抑制し、特定の周波数帯においてのみ次数が高くなるように、各ノードからの見通しを制限する「視力」という概念を導入している。   In the present embodiment, the concept of “visual acuity” is used to limit the line of sight from each node such that the order is not significantly high in any of the above cases, and the order is high only in a specific frequency band. It has been introduced.

図7(b)は、図7(a)と同一の可視グラフに「視力」の概念を導入した状態を示している。視力は、エッジによって接続するノードの範囲を表す数値とされ、「Nvis」で表される。図7(b)に示す例では、Nvis=3となっている。これは、接続元のノードから3個先(右側)のノードまでを接続先のノードとし、その中で見通しのあるノードのみをエッジで接続する。したがって、各ノードの次数は、最大で3となる。なお、図7(a)に示す例では、視力による制限を与えないので、Nvis=inf(インフィニティ;無限大)に設定している。 FIG.7 (b) has shown the state which introduced the concept of "visual acuity" to the same visible graph as Fig.7 (a). The eyesight is a numerical value that represents the range of nodes connected by an edge, and is represented by "N vis ". In the example shown in FIG. 7 (b), N vis = 3. In this case, nodes from the connection source node to three nodes ahead (right side) are set as connection destination nodes, and only nodes having line of sight are connected by edges. Therefore, the degree of each node is 3 at most. In the example shown in FIG. 7A, since no restriction due to visual acuity is given, N vis = inf (infinity; infinity) is set.

図8(b)は、図8(a)と同一の可視グラフに「視力」の概念を導入した状態を示している。視力は、Nvis=3とされている。
図7及び図8から明らかなように、「視力」の概念を導入することによって、突発的に高い値が発生した場合や、特定の周波数帯よりも低周波数の状態が発生した場合に、平均次数が極端に上昇することを抑えることができる。
FIG. 8B shows a state in which the concept of “visual acuity” is introduced to the same visible graph as FIG. 8A. The visual acuity is N vis = 3.
As is apparent from FIGS. 7 and 8, by introducing the concept of “visual acuity”, the average value is obtained when a suddenly high value occurs or when a lower frequency condition than a specific frequency band occurs. It is possible to prevent the order from rising extremely.

具体的な視力の設定は、次の式(3)により行う。
ここで、nは自然数、fはサンプリング周波数(Hz)、fは検知したい周波数(Hz)である。
The specific vision setting is performed by the following equation (3).
Here, n is a natural number, f s is a sampling frequency (Hz), and f is a frequency to be detected (Hz).

サンプリング周波数fは、1秒間に取得される圧力変動信号のデータ数となる。検知したい周波数とは、平均次数を最も高く設定したい周波数である。したがって、式(3)において、f/fの値は、図9(a)に示すように、検知したい周波数の1周期に取得される圧力変動信号のデータ数となる。そして、f/fの値を2のべき乗で近似した値を視力Nvisとする。式(3)を用いて視力Nvisを設定すると、検知したい周波数よりも高い周波数で圧力変動信号が変動した場合は、平均次数は低下しないが(図9(b)参照)、検知したい周波数よりも低い周波数で圧力変動信号が変動した場合は、平均次数が低下する(平均次数の上昇が抑えられる)ことになる(図9(c)参照)。また、式(3)において、視力Nvisを2のべき乗で近似するのは、燃焼振動で確認されるピーク周波数が常に一定ではないためである。なお、視力Nvisの近似には、2のべき乗以外の他の形態を採用してもよい。 The sampling frequency f s is the number of data of the pressure fluctuation signal acquired in one second. The frequency to be detected is the frequency to set the average order to the highest. Therefore, in the equation (3), the value of f s / f is the number of data of the pressure fluctuation signal acquired in one cycle of the frequency to be detected as shown in FIG. 9A. Then, a value obtained by approximating the value of f s / f by a power of 2 is defined as the visual acuity N vis . If the visual acuity N vis is set using equation (3), the average order does not decrease if the pressure fluctuation signal fluctuates at a frequency higher than the frequency to be detected (see FIG. 9 (b)). When the pressure fluctuation signal fluctuates at a low frequency, the average order is lowered (a rise in the average order is suppressed) (see FIG. 9C). In the equation (3), the visual acuity N vis is approximated by a power of 2 because the peak frequency confirmed by the combustion oscillation is not always constant. It should be noted that the approximation of the visual acuity N vis may adopt another form other than the power of two.

燃焼室11における不安定な燃焼状態には燃焼振動と吹き消えとがある。図10は、複雑ネットワークの平均次数と当量比との関係を例示するグラフである。図10において、当量比が約0.51よりも小さい領域は、吹き消えが発生しやすい領域(以下、「吹き消え発生領域」ともいう)となり、当量比が約0.61以上の領域は、燃焼振動が発生しやすい領域(以下、「燃焼振動発生領域」ともいう)となる。吹き消え発生領域と燃焼振動発生領域との間は、燃焼状態が安定した領域であり、この領域に維持されるように燃料の供給量を制御することが望ましい。したがって、当該領域を、制御対象とする領域(以下、「制御領域」ともいう)とする。   Unstable combustion states in the combustion chamber 11 include combustion vibration and blow-off. FIG. 10 is a graph illustrating the relationship between the average order of the complex network and the equivalence ratio. In FIG. 10, a region where the equivalence ratio is smaller than about 0.51 is a region where blow-out tends to occur (hereinafter, also referred to as “blow-out generation region”), and a region where the equivalence ratio is about 0.61 or more is This is a region where combustion vibration is likely to occur (hereinafter, also referred to as “combustion vibration generation region”). Between the blowout generation region and the combustion vibration generation region is a region where the combustion state is stable, and it is desirable to control the fuel supply amount so as to be maintained in this region. Therefore, the area is referred to as an area to be controlled (hereinafter, also referred to as “control area”).

燃焼室11内の圧力は、燃焼振動発生領域では、比較的低い周波数帯で安定した変動となり、制御領域では、これよりも高周波数の変動が生じる。さらに、吹き消え領域では、これよりも高周波数でより複雑な変動が生じる。したがって、本実施形態においては、上述のような視力Nvisを導入するにあたって、燃焼振動発生領域における平均次数が高くなるように、当該領域の周波数を検出したい周波数fとして設定する。このように設定することで、燃焼振動発生領域における平均次数を高くすることができ、燃焼振動発生領域以外の領域における平均次数を低くすることができる。 The pressure in the combustion chamber 11 fluctuates stably in a relatively low frequency band in the combustion vibration generation region, and higher frequency fluctuation occurs in the control region. Furthermore, in the blowout region, more complex fluctuations occur at higher frequencies than this. Therefore, in the present embodiment, when introducing the visual acuity N vis as described above, the frequency of the region is set as the frequency f to be detected so that the average order in the combustion vibration generation region becomes high. By setting in this manner, the average order in the combustion vibration generation area can be increased, and the average order in the area other than the combustion vibration generation area can be reduced.

図10に示す例では、当量比が約0.61以上の燃焼領域発生領域において平均次数が高くなり、当量比が約0.61よりも小さい制御領域において平均次数が低くなり、両者が明確に区別されることが分かる。また、制御領域内においては、当量比が低下するに従って平均次数も大きな変化で低下していることがわかる。   In the example shown in FIG. 10, the average order is high in the combustion area generation region where the equivalence ratio is about 0.61 or more, and the average order is low in the control region where the equivalence ratio is smaller than about 0.61. It can be seen that the distinction is made. In addition, in the control region, it is understood that as the equivalence ratio decreases, the average order also decreases with a large change.

図2に戻って、閾値設定部315は、吹き消えが発生するか否かを判定するための平均次数の閾値<k>threを設定するためのものである。本実施形態においては、閾値<k>threはコンピュータのハードディスク等に記憶されており、閾値設定部315がこの記憶された閾値<k>threを読み出し、RAMに設定値として格納することで設定する。なお、閾値設定部315は、ユーザから閾値<k>threを示す情報を受け付けて当該閾値<k>threを設定値として記憶部に記憶するものであってもよいし、他のソフトウェアから与えられた閾値情報を受け付けて記憶部に設定値として記憶するものであってもよい。 Returning to FIG. 2, the threshold setting unit 315 is for setting the threshold <k> thre of the average order for determining whether or not blowout occurs. In the present embodiment, the threshold value <k> thre is stored in a hard disk of a computer or the like, and the threshold value setting unit 315 reads out the stored threshold value <k> thre and stores it in the RAM as a setting value. . The threshold setting unit 315 may receive information indicating the threshold <k> thre from the user and store the threshold <k> thre as a setting value in the storage unit, or may be provided from other software. The threshold information may be received and stored as a set value in the storage unit.

吹き消え発生推定部316は、平均次数演算部314によって演算された平均次数<k>に基づいて、吹き消えの発生を推定するためのものである。図10に示すように、燃焼室11内の燃焼状態が吹き消え発生領域に近づくほど、平均次数<k>は小さくなる。そこで、吹き消え発生推定部316は、平均次数演算部314によって演算された平均次数<k>と、閾値設定部315により設定された閾値<k>threとを比較して、平均次数<k>が閾値<k>threより小さい場合に、吹き消えの発生に近づくと推定する。 The blowout occurrence estimation unit 316 is for estimating the occurrence of blowout on the basis of the average degree <k> calculated by the average order calculation unit 314. As shown in FIG. 10, the average order <k> decreases as the combustion state in the combustion chamber 11 approaches the blowout occurrence region. Therefore, the blowout occurrence estimation unit 316 compares the average order <k> calculated by the average order calculation unit 314 with the threshold <k> thre set by the threshold setting unit 315, and calculates the average order <k>. When it is smaller than a threshold <k> thre , it is estimated that blowout occurs.

2次燃料流量計算部317は、吹き消え発生推定部316による推定結果に基づいて、2次燃料流量を計算するためのものである。後述するように、燃料タンク4から延びる燃料供給路は途中で分岐しており、一方が主燃料供給路、他方が2次燃料供給路となっている(図1参照)。2次燃料流量計算部317は、この2次燃料供給路から供給される2次燃料の流量を計算する。   The secondary fuel flow rate calculation unit 317 is for calculating the secondary fuel flow rate based on the estimation result by the blowout occurrence estimation unit 316. As described later, the fuel supply passage extending from the fuel tank 4 is branched midway, one of which is a main fuel supply passage and the other of which is a secondary fuel supply passage (see FIG. 1). The secondary fuel flow rate calculation unit 317 calculates the flow rate of the secondary fuel supplied from the secondary fuel supply path.

図10に示す制御領域においては、平均次数<k>が小さい程、吹き消えの発生が近いことが推定される。吹き消えは予混合気の当量比が小さいときに発生する現象であり、吹き消えの発生を解消するためには、当量比を増大させる必要がある。そこで、2次燃料流量計算部317は、平均次数<k>と閾値<k>threの差が大きくなるにしたがって、2次燃料流量を増大させる。具体的には、次の式(4)にしたがって2次燃料流量の変化量を計算し、その時点における2次燃料流量に対して、当該変化量だけ変化させた値を、2次燃料流量の目標値として決定する。 In the control region shown in FIG. 10, it is estimated that the blowout is closer as the average degree <k> is smaller. Blow-off is a phenomenon that occurs when the equivalence ratio of the premixed gas is small, and in order to eliminate the occurrence of blow-off, it is necessary to increase the equivalence ratio. Therefore, the secondary fuel flow rate calculation unit 317 increases the secondary fuel flow rate as the difference between the average degree <k> and the threshold value <k> thre increases. Specifically, the amount of change in the secondary fuel flow rate is calculated according to the following equation (4), and a value obtained by changing only the amount of change with respect to the secondary fuel flow rate at that point is Determined as a target value.

ΔQCH4,secondaryは、50ms間の2次燃料流量の変化量、αは、比例定数、<k>は、50ms間の圧力変動信号のデータから求めた平均次数、<k>threは、平均次数の閾値である。比例定数αは、例えば、α=0.01に設定することができる。 ΔQ CH4, secondary is the change in secondary fuel flow rate for 50 ms, α is a proportionality constant, <k> is the average order obtained from the data of the pressure fluctuation signal for 50 ms, <k> thre is the average order Is the threshold of The proportional constant α can be set, for example, to α = 0.01.

2次燃料流量制御部318は、2次燃料流量計算部317によって決定された2次燃料流量の目標値に近づけるよう、2次燃料流量を制御するためのものである。かかる2次燃料流量制御部318は、2次燃料供給路の途中に設けられたマスフローコントローラ33(図1参照)に、前記目標値を示す情報を出力する。   The secondary fuel flow rate control unit 318 is for controlling the secondary fuel flow rate so as to approach the target value of the secondary fuel flow rate determined by the secondary fuel flow rate calculation unit 317. The secondary fuel flow rate control unit 318 outputs the information indicating the target value to the mass flow controller 33 (see FIG. 1) provided in the middle of the secondary fuel supply path.

マスフローコントローラ32は、主燃料供給路の途中に設けられている。このマスフローコントローラ32は、信号解析装置31に接続されており、信号解析装置31から出力される制御信号にしたがって、主燃料供給路における主燃料流量を制御する。   The mass flow controller 32 is provided in the middle of the main fuel supply path. The mass flow controller 32 is connected to the signal analysis device 31, and controls the main fuel flow rate in the main fuel supply path in accordance with the control signal output from the signal analysis device 31.

マスフローコントローラ33は、2次燃料供給路の途中に設けられている。かかるマスフローコントローラ33は、信号解析装置31に接続されており、信号解析装置31から出力される制御信号(目標値を示す情報)にしたがって、2次燃料流量を目標値に近づけるよう制御する。   The mass flow controller 33 is provided in the middle of the secondary fuel supply path. The mass flow controller 33 is connected to the signal analysis device 31, and controls the secondary fuel flow rate to approach the target value according to the control signal (information indicating the target value) output from the signal analysis device 31.

燃料タンク4は、燃料であるメタンを収容する。かかる燃料タンク4からは燃料供給路が延びており、ガスタービンモデル燃焼器1のインテーク部13に接続されている。   The fuel tank 4 contains methane which is a fuel. A fuel supply path extends from the fuel tank 4 and is connected to the intake section 13 of the gas turbine model combustor 1.

コンプレッサ5は、酸化剤である酸素を含有する空気を供給する。かかるコンプレッサ5からは空気供給路が延びており、ガスタービンモデル燃焼器1のインテーク部13に接続されている。   The compressor 5 supplies air containing oxygen, which is an oxidant. An air supply path extends from the compressor 5 and is connected to the intake section 13 of the gas turbine model combustor 1.

空気供給路の途中には、マスフローコントローラ51が設けられている(図1参照)。かかるマスフローコントローラ51は、与えられた設定値にしたがって、ガスタービンモデル燃焼器1へと供給される空気流量を制御する。   A mass flow controller 51 is provided in the middle of the air supply path (see FIG. 1). The mass flow controller 51 controls the flow rate of air supplied to the gas turbine model combustor 1 in accordance with the given set value.

[2.観測装置の動作]
以下、観測装置100の動作について説明する。
信号解析装置31の指示に応じて、マスフローコントローラ32及び33のそれぞれが、主燃料流量及び2次燃料流量を制御し、これによって燃料タンク4からメタンが供給される。また、コンプレッサ5からは空気が供給され、その供給量はマスフローコントローラ51によって制御される。
[2. Operation of observation equipment]
Hereinafter, the operation of the observation device 100 will be described.
Each of the mass flow controllers 32 and 33 controls the main fuel flow rate and the secondary fuel flow rate according to the instruction of the signal analysis device 31, whereby methane is supplied from the fuel tank 4. Further, air is supplied from the compressor 5, and the amount of supply is controlled by the mass flow controller 51.

燃料タンク4から供給されるメタン及びコンプレッサ5から供給される空気は、インテーク部13に取り込まれる。インテーク部13は、燃料と空気とを混合して混合気を生成する。生成された混合気は、スワーラによって旋回され、燃焼室11へと導入され、混合気が燃焼される。   The methane supplied from the fuel tank 4 and the air supplied from the compressor 5 are taken into the intake section 13. The intake unit 13 mixes fuel and air to generate an air-fuel mixture. The generated mixture is swirled by the swirler and introduced into the combustion chamber 11 to burn the mixture.

圧力トランスデューサ2によって、燃焼室の圧力変動が検出される。圧力トランスデューサ2から出力される圧力変動信号は、増幅器21によって増幅され、信号解析装置31に与えられる。   The pressure transducer 2 detects pressure fluctuations in the combustion chamber. The pressure fluctuation signal output from the pressure transducer 2 is amplified by an amplifier 21 and provided to a signal analysis device 31.

信号解析装置31は、燃焼制御処理を実行し、これによって求められた2次燃料流量の目標値を示す制御信号をマスフローコントローラ33へ出力する。マスフローコントローラ33は、目標値に近づけるよう2次燃料流量を制御する。このようにして、ガスタービンモデル燃焼器1の燃焼状態がフィードバック制御される。   The signal analysis device 31 executes a combustion control process, and outputs a control signal indicating the target value of the secondary fuel flow rate obtained thereby to the mass flow controller 33. The mass flow controller 33 controls the secondary fuel flow rate so as to approach the target value. Thus, the combustion state of the gas turbine model combustor 1 is feedback-controlled.

以下、信号解析装置31による燃焼制御処理について説明する。図11は、燃焼制御処理の手順を示すフローチャートである。まず、圧力変動信号の取得が行われる(ステップS1)。この処理では、圧力変動信号入力部311が、入力された圧力変動信号を記憶部312に記憶する。ここで、記憶部312には50msec分の圧力変動信号の時系列データが格納される。例えば、圧力変動信号のサンプリング周波数が5kHzである場合、250個の時系列データが記憶部312に格納される。   Hereinafter, the combustion control process by the signal analysis device 31 will be described. FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of the combustion control process. First, acquisition of a pressure fluctuation signal is performed (step S1). In this process, the pressure fluctuation signal input unit 311 stores the input pressure fluctuation signal in the storage unit 312. Here, the storage unit 312 stores time-series data of pressure fluctuation signals for 50 msec. For example, when the sampling frequency of the pressure fluctuation signal is 5 kHz, 250 time-series data are stored in the storage unit 312.

次に、複雑ネットワークの生成処理が実行される(ステップS2)。複雑ネットワークの生成処理では、記憶部312から読み出された圧力変動信号の時系列データから可視グラフを生成し、上述した式(2)によりノードとエッジからなる複雑ネットワークを生成する。また、エッジによりノードを接続する際には、上述した式(3)により求めた視力Nvisを考慮する。 Next, complex network generation processing is executed (step S2). In the complex network generation process, a visible graph is generated from the time-series data of the pressure fluctuation signal read from the storage unit 312, and a complex network consisting of nodes and edges is generated according to the above-described equation (2). In addition, when connecting nodes by edges, the visual acuity N vis determined by the above-mentioned equation (3) is taken into consideration.

次に、複雑ネットワークにおける平均次数の算出処理が実行される(ステップS3)。この算出処理では、前のステップS2において生成された複雑ネットワークのノード数と、各ノードに接続されるエッジ数(次数)が取得され、上述した式(1)により平均次数が算出される。   Next, calculation processing of the average order in the complex network is executed (step S3). In this calculation process, the number of nodes of the complex network generated in the previous step S2 and the number of edges (order) connected to each node are acquired, and the average order is calculated by the above-described equation (1).

次に、2次燃料流量計算処理が実行される(ステップS4)。図12は、2次燃料流量計算処理の手順を示すフローチャートである。まず、2次燃料流量計算処理では、平均次数<k>の閾値<k>threが設定される(ステップS41)。この処理では、閾値設定部315が、閾値<k>threをハードディスク等から読み出し、RAMに格納することで閾値<k>threを設定する。閾値<k>は、例えば、図10に示す例においては、<k>thre=8.87に設定することができる。 Next, secondary fuel flow rate calculation processing is executed (step S4). FIG. 12 is a flowchart showing the procedure of secondary fuel flow rate calculation processing. First, in the secondary fuel flow rate calculation process, a threshold value <k> thre of the average degree <k> is set (step S41). In this process, the threshold setting unit 315 reads the threshold value <k> thre from the hard disk or the like and stores the read value in the RAM to set the threshold value <k> thre . The threshold value <k> can be set to, for example, <k> thre = 8.87 in the example shown in FIG.

次に、その時点における2次燃料流量QCH4,secondaryが算出される(ステップS42)。この処理では、2次燃料流量計算部317が、マスフローコントローラ33の設定値等を用いて、その時点における2次燃料流量QCH4,secondaryを算出する。 Next, the secondary fuel flow rate Q CH4, secondary at that time is calculated (step S42). In this process, the secondary fuel flow rate calculation unit 317 calculates the secondary fuel flow rate Q CH4, secondary at that time using the setting value of the mass flow controller 33 and the like.

次に、2次燃料流量の変化量ΔQCH4,secondaryが算出される(ステップS43)。この処理では、吹き消え発生推定部316が、平均次数<k>と閾値<k>threとを比較することにより吹き消えの発生を推定し、平均次数<k>と閾値<k>threとの差に応じた2次燃料流量の変化量ΔQCH4,secondaryを、上述した式(4)にしたがって算出する。 Next, the change amount ΔQ CH4, secondary of the secondary fuel flow rate is calculated (step S43). In this process, the blowout estimation unit 316 estimates the occurrence of blowout by comparing the average degree <k> with the threshold <k> thre, and the average degree <k> with the threshold <k> thre The amount of change ΔQ CH4, secondary of the secondary fuel flow rate according to the difference is calculated according to the above-mentioned equation (4).

次に、現在の2次燃料流量QCH4,secondaryに変化量ΔQCH4,secondaryが反映される。すなわち、2次燃料流量の目標値として、2次燃料流量QCH4,secondaryと、2次燃料流量の変化量ΔQCH4,secondaryとを加算することにより、2次燃料流量QCH4,secondaryの目標値を算出する(ステップS44)。この処理が終わると、メインルーチンにおける2次燃料流量計算処理の呼び出しアドレスに処理が戻される。 Next, the change amount ΔQ CH4, secondary is reflected in the current secondary fuel flow rate Q CH4, secondary . That is, as the target value of the secondary fuel flow rate, and the secondary fuel flow rate Q CH4, secondary-, by adding a secondary fuel flow variation Delta] Q CH4, secondary-, secondary fuel flow Q CH4, secondary- target value Is calculated (step S44). After this process, the process is returned to the call address of the secondary fuel flow rate calculation process in the main routine.

図11に戻って、次に、2次燃料流量制御処理が実行される(ステップS5)。この処理では、2次燃料流量制御部318が、ステップS4において算出された目標値を示す制御信号をマスフローコントローラ33へ送信し、これによって目標値に近づけるように2次燃料流量を制御する。   Referring back to FIG. 11, next, secondary fuel flow rate control processing is executed (step S5). In this process, the secondary fuel flow rate control unit 318 transmits a control signal indicating the target value calculated in step S4 to the mass flow controller 33, thereby controlling the secondary fuel flow rate so as to approach the target value.

ステップS5の処理が終わると、燃焼制御処理を終了するか否かが判定される(ステップS6)。この処理では、例えばユーザから信号解析装置31に動作の停止が指示される等、所定の終了条件が満たされた場合に、燃焼制御処理を終了すると判定される。燃焼制御処理を終了しないと判定された場合には(ステップS6においてNO)、ステップS1に処理が戻され、これによって50msec毎に上記のステップS1〜S6の処理が繰り返し実行される。他方、ステップS6において燃焼制御処理を終了すると判定された場合には(ステップS6においてYES)、燃焼制御処理が終了される。   When the process of step S5 ends, it is determined whether the combustion control process is ended (step S6). In this process, it is determined that the combustion control process is to be ended when a predetermined ending condition is satisfied, for example, when the user instructs the signal analysis device 31 to stop the operation. If it is determined that the combustion control process is not to be ended (NO in step S6), the process is returned to step S1, whereby the process of steps S1 to S6 is repeatedly performed every 50 msec. On the other hand, when it is determined in step S6 that the combustion control process is to be ended (YES in step S6), the combustion control process is ended.

上記のように、燃焼制御処理は、50msec毎に繰り返し実行される。つまり、図3に示すように、50msecの期間分の圧力変動信号から、複雑ネットワークが生成され、平均次数<k>が算出される。したがって、50msec毎にガスタービンモデル燃焼器1の燃焼状態が制御される。   As described above, the combustion control process is repeatedly performed every 50 msec. That is, as shown in FIG. 3, a complex network is generated from the pressure fluctuation signal for a period of 50 msec, and the average order <k> is calculated. Therefore, the combustion state of the gas turbine model combustor 1 is controlled every 50 msec.

[3.評価試験結果]
本出願の発明者らは、本実施形態に係る観測装置100の性能評価試験を実施した。図13及び図14は、この性能評価試験の結果を示すグラフである。
図13に示す性能評価試験では、上段のグラフに示すように、主燃料の流量を約8L/minの初期値から、約6L/minまで一定の比率で減少させ、その後約6L/minの流量を維持した。吹き消えの発生限界は、燃料の総流量が約6.5L/minのときであるので、この限界を下回るまで主燃料流量を変化させたことになる。
[3. Evaluation test result]
The inventors of the present application carried out a performance evaluation test of the observation device 100 according to the present embodiment. 13 and 14 are graphs showing the results of this performance evaluation test.
In the performance evaluation test shown in FIG. 13, as shown in the upper graph, the flow rate of the main fuel is reduced from an initial value of about 8 L / min to about 6 L / min at a constant rate, and thereafter the flow rate of about 6 L / min Maintained. Since the blowout limit is at a total fuel flow rate of about 6.5 L / min, the main fuel flow rate is changed until the limit is exceeded.

本実施形態に係る観測装置100では、主燃料流量が約6.7L/min付近に至った時点でフィードバック制御が掛かり、中段のグラフに示すように、2次燃料の供給が開始された。その結果、下段のグラフに示すように、当量比は、吹き消えの発生限界である約0.48を上回る値で維持された。   In the observation device 100 according to the present embodiment, feedback control is applied when the main fuel flow rate reaches about 6.7 L / min, and the secondary fuel supply is started as shown in the middle graph. As a result, as shown in the lower graph, the equivalence ratio was maintained at a value above about 0.48, which is the blowout occurrence limit.

図14に示す性能評価試験では、上段のグラフに示すように、主燃料の流量を約8L/minの初期値から、約6L/minまで一定の比率で減少させ、その後約8L/minまで一定の比率で増加させた。この場合も、吹き消えの発生限界は、燃料の総流量が約6.5L/minのときであるので、この限界を下回るまで主燃料流量を変化させたことになる。   In the performance evaluation test shown in FIG. 14, as shown in the upper graph, the flow rate of the main fuel is decreased from an initial value of about 8 L / min to about 6 L / min at a constant rate, and thereafter constant to about 8 L / min. Increased by the ratio of Also in this case, since the blowout occurrence limit is when the total fuel flow rate is about 6.5 L / min, the main fuel flow rate is changed until it falls below this limit.

本実施形態に係る観測装置100では、主燃料流量が約6.9L/min付近に至った時点でフィードバック制御が掛かり、中段のグラフに示すように、2次燃料の供給が開始された。そして、主燃料流量が減少している間は、2次燃料流量が増加し続け、主燃料流量が減少から増加に転じると、2次燃料流量は増加から減少に転じた。その結果、下段のグラフに示すように、当量比は、吹き消えの発生限界である約0.48を上回る値で維持された。主燃料流量が元の値(約8L/min)まで回復すると、2次燃料の供給が停止された。   In the observation device 100 according to the present embodiment, feedback control is applied when the main fuel flow rate reaches about 6.9 L / min, and secondary fuel supply is started as shown in the middle graph. Then, while the main fuel flow rate is decreasing, the secondary fuel flow rate continues to increase, and when the main fuel flow rate starts to decrease and then increases, the secondary fuel flow rate starts to increase and then decreases. As a result, as shown in the lower graph, the equivalence ratio was maintained at a value above about 0.48, which is the blowout occurrence limit. When the main fuel flow rate recovered to the original value (about 8 L / min), the secondary fuel supply was stopped.

この種の燃焼器1においては、二酸化炭素及びNOの発生を低減させるために、予混合気を可及的に希薄化させることが望まれている。しかしながら、予混合気が希薄すぎると、吹き消えが発生することになり、安定した燃焼状態を維持することができない。以上の評価試験結果からは、本実施形態に係る観測装置100が、吹き消えの発生を回避しつつ、吹き消え発生限界付近の低当量比を維持することが分かる。このように、本実施形態に係る観測装置100によれば、安定した希薄予混合燃焼を維持することができる。 In this type of combustor 1, in order to reduce the generation of carbon dioxide and NO X, it is desirable to as much as possible dilute the premixed gas. However, if the premixed gas is too lean, blow-out will occur, and a stable combustion state can not be maintained. The above evaluation test results show that the observation apparatus 100 according to the present embodiment maintains the low equivalent ratio near the blowout occurrence limit while avoiding the occurrence of blowout. As described above, according to the observation device 100 according to the present embodiment, stable lean premixed combustion can be maintained.

本実施形態では、図10に示すように、制御領域における当量比の変動に伴って平均次数<k>が約6〜約14の間で大きく変化し、吹き消え発生領域に近づいてもその変化量は大きいままである。そのため、吹き消え発生領域付近における平均次数<k>の値を閾値<k>threとして設定することで、吹き消えの発生の推定を安定して行うことができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the average order <k> largely changes between about 6 and about 14 with the change of the equivalence ratio in the control area, and the change even when approaching the blowout occurrence area The quantity remains large. Therefore, by setting the value of the average degree <k> in the vicinity of the blowout occurrence region as the threshold value <k> thre , the occurrence of blowout can be stably estimated.

また、図10に示す例のように、燃焼振動発生領域と制御領域との境界付近では、平均次数<k>の値が顕著に変化していることが分かる。このような平均次数<k>を利用することによって、燃焼振動が発生しているか否かを推定することも可能である。   Further, as in the example shown in FIG. 10, it can be seen that the value of the average degree <k> significantly changes in the vicinity of the boundary between the combustion vibration generation region and the control region. It is also possible to estimate whether combustion oscillation is occurring or not by using such an average degree <k>.

本実施形態に係る観測装置100は、圧力変動信号の時系列データによる可視グラフを用いて複雑ネットワークを生成し、この複雑ネットワークの特徴量である平均次数<k>によって燃焼の不安定の発生を推定している。そのため、非常に簡潔なアルゴリズムによって演算を行うことができる。したがって、演算の高速化を図ることができ、燃焼器の燃焼状態等を高い即時性で応答性よく観測することができる。また、信号解析装置31に高い能力が要求されることもなくなる。   The observation device 100 according to the present embodiment generates a complex network using a visible graph based on time series data of pressure fluctuation signals, and generates combustion instability according to the average order <k>, which is a feature of this complex network. It is estimated. Therefore, the operation can be performed by a very simple algorithm. Therefore, the calculation speed can be increased, and the combustion state and the like of the combustor can be observed with high immediacy and high responsiveness. In addition, the signal analyzer 31 is not required to have a high capability.

また、本実施形態の観測装置100は、演算に使用するパラメータの設定を少なくすることができる。具体的には、特許文献2記載の技術では、パラメータの設定数が7個であったが、本実施形態では、時系列データのデータ数と視力との実質的に2つのパラメータを設定するだけでよいので、パラメータ設定が容易である。   Moreover, the observation apparatus 100 of this embodiment can reduce the setting of the parameter used for calculation. Specifically, in the technique described in Patent Document 2, the number of setting parameters is seven, but in the present embodiment, substantially only two parameters of the number of time series data and visual acuity are set. Parameter setting is easy.

また、複雑ネットワークを生成するにあたって「視力」という概念を導入し、エッジによって接続するノードの範囲を適切に制限するようにしたので、時系列データの突発的な変動の影響や、低周波数の変動の影響を低減し、計算量を効率的に減少させ、より演算の高速化を図ることができる。   In addition, the concept of “vision” was introduced when creating a complex network, and the range of nodes connected by edges was appropriately limited, so the effects of sudden fluctuations in time series data and low frequency fluctuations Thus, it is possible to reduce the influence of and efficiently reduce the amount of calculation and further speed up the calculation.

また、本実施形態に係る観測装置100によれば、吹き消えが発生すると推定されたときに、2次燃料流量を制御して、吹き消えの発生を回避する構成としている。これにより、吹き消えの発生を抑制することができ、ガスタービンモデル燃焼器1において安定した燃焼状態を維持することができる。   Moreover, according to the observation apparatus 100 which concerns on this embodiment, when it is estimated that blow-out will generate | occur | produce, it is set as the structure which controls the secondary fuel flow volume, and avoids generation | occurrence | production of blow-off. As a result, the occurrence of blow-off can be suppressed, and a stable combustion state can be maintained in the gas turbine model combustor 1.

また、本実施形態に係る観測装置100によれば、新たに入力された圧力変動信号により、記憶部312に記憶された圧力変動信号を更新することにより、常時50msec分の圧力変動信号を記憶するようにし、この記憶部312に記憶されている50msec分の圧力変動信号を用いて、50msec毎に平均次数を演算する構成としている。このため、高い即時性で継続して燃焼状態の観測を行うことができ、2次燃料流量の制御も適切に行うことができる。   Further, according to the observation device 100 according to the present embodiment, the pressure fluctuation signal stored in the storage unit 312 is updated based on the newly input pressure fluctuation signal, whereby the pressure fluctuation signal for 50 msec is constantly stored. Thus, the average order is calculated every 50 msec using the pressure fluctuation signal for 50 msec stored in the storage unit 312. Therefore, the observation of the combustion state can be continuously performed with high immediacy, and the control of the secondary fuel flow rate can also be appropriately performed.

[4.その他の実施形態]
上述した実施形態においては、ガスタービンモデル燃焼器における燃焼状態を観測する構成について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、ジェットエンジンや産業用ガスタービンエンジンに搭載された燃焼器が対象であってもよい。また、ガスタービンエンジンの回転翼(ファンや圧縮器)の歪みや回転翼前後の圧力変動の時系列計測信号について、複雑ネットワークの特徴量を演算し、この特徴量に基づいてフラッタ、旋回失速、サージの発生を推定する構成とすることもできる。さらに、工業用プラントを対象として、蒸発管内の気液二相流の不安定な圧力変動信号や温度差の異なる2流体が混合する配管合流部における流体の温度変動信号についても複雑ネットワークの特徴量を演算し、ボイラーの蒸発管の破損やサーマルストライピングによる配管部の破損のヘルスモニタリングなど、他の物理現象の発生を推定する構成とすることもできる。
[4. Other Embodiments]
In the above-mentioned embodiment, although the composition which observes the combustion state in a gas turbine model burner was described, it is not limited to this. For example, it may be a combustor mounted on a jet engine or an industrial gas turbine engine. In addition, with regard to time-series measurement signals of distortion of rotor blades (fans and compressors) of gas turbine engine and pressure fluctuation before and after rotor blades, feature quantities of complex networks are calculated, and flutter, rotational stall, It can also be configured to estimate the occurrence of a surge. Furthermore, for industrial plants, complex network feature values also for unstable pressure fluctuation signals of gas-liquid two-phase flow in evaporator tubes and temperature fluctuation signals of fluid in pipe junction where two fluids with different temperature differences are mixed It is also possible to calculate the occurrence of other physical phenomena, such as health monitoring of breakage of the evaporation tube of the boiler or breakage of the piping section due to thermal striping.

また、上述した実施形態においては、複雑ネットワークの特徴量に基づいて、吹き消えの発生を推定し、吹き消えの発生を回避するように燃焼状態を制御する構成について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、複雑ネットワークの特徴量に基づいて、吹き消えの発生を推定するが、燃焼状態を制御しない構成とすることもできる。他の物理現象の発生を推定する構成の場合も同様である。   Further, in the above-described embodiment, the configuration is described in which the occurrence of blow-off is estimated based on the feature value of the complex network, and the combustion state is controlled to avoid the occurrence of blow-off. It is not a thing. For example, the occurrence of blow-off may be estimated based on the feature amount of the complex network, but the combustion state may not be controlled. The same applies to the configuration for estimating the occurrence of other physical phenomena.

また、上述した実施形態においては、ガスタービンモデル燃焼器における燃焼の不安定として、吹き消えの発生を推定する構成について述べたが、これに限定されるものではない。複雑ネットワークの特徴量に基づいて、燃焼振動の発生を推定する構成としてもよい。また、この場合、燃焼振動の発生を回避するために、複雑ネットワークの特徴量に基づいて、主燃料流量又は2次燃料流量を制御する構成とすることもできる。   Moreover, in the embodiment mentioned above, although the structure which estimates generation | occurrence | production of blow-off as combustion instability in a gas turbine model combustor was described, it is not limited to this. The generation of the combustion vibration may be estimated based on the feature amount of the complex network. Further, in this case, the main fuel flow rate or the secondary fuel flow rate may be controlled based on the feature value of the complex network in order to avoid the occurrence of combustion oscillation.

また、上述した実施形態においては、2次燃料流量を制御して、吹き消えの発生を回避するように燃焼状態を制御する構成について述べたが、これに限定されるものではない。複雑ネットワークの特徴量に基づいて主燃料流量を制御することで、吹き消えの発生を回避するようにしてもよいし、空気流量を制御することで、吹き消えの発生を回避するようにしてもよい。また、主燃料供給路と2次燃料供給路とを個別に設ける構成ではなく、1つの燃料供給路のみを設け、この燃料供給路における燃料流量を、複雑ネットワークの特徴量に基づいて制御することで、吹き消えの発生を回避する構成とすることも可能である。   Further, in the above-described embodiment, the configuration for controlling the secondary fuel flow rate to control the combustion state so as to avoid the occurrence of blowout has been described, but the present invention is not limited to this. By controlling the main fuel flow rate based on the feature value of the complex network, the occurrence of blow-off may be avoided, or by controlling the air flow rate, the occurrence of blow-off may be avoided. Good. Also, instead of separately providing the main fuel supply path and the secondary fuel supply path, only one fuel supply path is provided, and the fuel flow rate in this fuel supply path is controlled based on the feature value of the complex network. It is also possible to make a configuration to avoid the occurrence of blowout.

また、上述した実施形態においては、50msec分の圧力変動信号を記憶部に記憶し、この記憶部の圧力変動信号を更新しつつ、50msec毎に繰り返し特徴量の演算を行う構成について述べたが、これに限定されるものではない。例えば100msec等、50msec以外の期間の圧力変動信号を記憶部に記憶し、これを用いて特徴量を演算する構成とすることもできる。   In the above-described embodiment, the pressure fluctuation signal for 50 msec is stored in the storage unit, and while the pressure fluctuation signal in the storage unit is updated, the feature quantity is repeatedly calculated every 50 msec. It is not limited to this. For example, a pressure fluctuation signal of a period other than 50 msec, such as 100 msec, may be stored in the storage unit, and the feature amount may be calculated using this.

また、50msec以上の期間(例えば、1sec)の圧力変動信号を記憶部に記憶しておき、このうち最新の所定期間(例えば、50msec)の圧力変動信号を特徴量の演算に使用する構成としてもよい。   In addition, the pressure fluctuation signal for a period of 50 msec or more (for example, 1 sec) is stored in the storage unit, and the pressure fluctuation signal for the latest predetermined period (for example, 50 msec) is used for calculating the feature amount. Good.

また、50msec毎に繰り返し特徴量の演算を行うのではなく、例えば、10msec等、50msec以外の期間毎に繰り返し特徴量の演算を行う構成としてもよい。しかし、高い即時性で燃焼状態の制御を適切に行うためには、制御対象とする現象の特性時間に応じて、10μsec〜300msecの周期で特徴量を演算し、燃焼状態を制御する構成とすることが好ましい。   Further, instead of repeatedly calculating the feature amount every 50 msec, for example, the feature amount may be repeatedly calculated every period other than 50 msec, such as 10 msec. However, in order to appropriately control the combustion state with high immediacy, the feature quantity is calculated in a cycle of 10 μsec to 300 msec according to the characteristic time of the phenomenon to be controlled, and the combustion state is controlled. Is preferred.

複雑ネットワークの特徴量としては、平均次数に限定されるものではなく、平均頂点間距離、クラスター係数、次数分布の最頻値、又は、次数分布の最頻値の頻度等を用いてもよい。ただし、平均次数は、各ノードに接続されたエッジ数を取得するだけで算出できるので、他の特徴量に比べて演算負荷が小さく、より高速に演算できるという利点がある。   The feature quantity of the complex network is not limited to the average order, but may be an average distance between vertices, a cluster coefficient, a mode of the order distribution, a frequency of a mode of the order distribution, or the like. However, since the average order can be calculated only by acquiring the number of edges connected to each node, there is an advantage that calculation load is smaller than other feature quantities and calculation can be performed at higher speed.

なお、平均頂点間距離は、ノードからノードに到るまでの最小エッジ数の平均値である。平均頂点間距離は、上記実施形態の視力を適用することによって変動量を小さくすることができる。クラスター係数は、互いに隣接する3つのノード間のエッジ数を、当該3つのノード間の取り得る最大のエッジ数で割ったものである。クラスター係数は、ノードが密に接続されると増加する点で平均次数と同様の性質を有する。次数分布の最頻値は、ノードに接続されるエッジ数である次数のうち最頻値となる次数である。次数分布の最頻値の頻度は、最頻値となる次数が現出する頻度である。時系列データが正弦波で変動する場合、次数分布の最頻値はその正弦波の1波長分のデータ数に依存し、その頻度は顕著に高くなり、偏った次数分布になるという性質がある。したがって、次数分布は、平均次数よりも顕著に変化する場合がある。次数分布の最頻値やその頻度は、ローレンツ方程式から得られる時系列データ等に適用することができる。   The average inter-vertex distance is an average value of the minimum number of edges from the node to the node. The average vertex distance can be reduced in variation by applying the visual acuity of the above embodiment. The cluster coefficient is the number of edges between three nodes adjacent to each other divided by the maximum possible number of edges between the three nodes. Cluster coefficients have properties similar to the average order in that they increase as nodes are closely connected. The mode value of the order distribution is the order that is the mode among the orders that are the number of edges connected to the node. The frequency of the mode value of the order distribution is the frequency at which the order having the mode value appears. When time series data fluctuates in a sine wave, the mode value of the order distribution depends on the number of data for one wavelength of the sine wave, and the frequency becomes remarkably high, and there is a property that it becomes a biased order distribution . Thus, the order distribution may change significantly more than the average order. The mode value of the degree distribution and the frequency thereof can be applied to time series data and the like obtained from the Lorentz equation.

また、上述した実施形態においては、コンピュータにより信号解析装置31を実現する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、ASIC、FPGA等により燃焼制御処理を実行可能なハードウェアを構成し、これを信号解析装置としてもよい。また、1つのコンピュータにより信号解析装置31を構成するのではなく、燃焼制御処理を複数のコンピュータにより分散処理で実行させて、複数のコンピュータからなる分散システムとしてもよい。   In the above-described embodiment, the signal analysis device 31 is realized by a computer, but the present invention is not limited to this. For example, hardware capable of executing the combustion control process may be configured by an ASIC, an FPGA, or the like, and this may be used as a signal analysis device. Further, instead of configuring the signal analysis device 31 by one computer, the combustion control process may be executed by distributed processing by a plurality of computers to form a distributed system including a plurality of computers.

1 :ガスタービンモデル燃焼器
2 :圧力トランスデューサ(検出部)
3 :制御部
31 :信号解析装置
100 :観測装置
313 :複雑ネットワーク生成部
314 :平均次数演算部
316 :吹き消え発生推定部
vis :視力
1: Gas turbine model combustor 2: Pressure transducer (detector)
3: Control unit 31: Signal analysis device 100: Observation device 313: Complex network generation unit 314: Average order calculation unit 316: Blow-out occurrence estimation unit N vis : Visual acuity

Claims (9)

時間的に変化する物理現象の物理量を検出する検出部と、
検出した各時刻の物理量をノードとして設定し、複数のノードを以下に示す条件(A)及び(B)にしたがってエッジにより接続した複雑ネットワークを経時的に生成する生成部と、
前記複雑ネットワークにおける所定の特徴量を求める演算部と、
前記特徴量に基づいて物理現象の状態を推定する推定部と、を備えている観測装置。
(A):検出時刻が隣接する物理量により設定されるノード同士
(B):時刻tに検出された物理量yと、時刻tよりも後の時刻tに検出された物理量yと、時刻tと時刻tとの間の時刻tに検出された物理量yとが、次の式を満たす場合における、物理量yと物理量yにより設定されるノード同士
A detection unit that detects physical quantities of temporally changing physical phenomena;
A generation unit that sets, as nodes, physical quantities at respective times detected, and temporally generates a complex network in which a plurality of nodes are connected by an edge according to conditions (A) and (B) described below;
An operation unit for obtaining a predetermined feature amount in the complex network;
An estimation unit configured to estimate a state of a physical phenomenon based on the feature amount.
(A): a node between which is set by the physical quantity detection time is adjacent (B): and the time t a detected physical quantity y a, a physical quantity y b detected at time t b after time t a , the node between the physical quantity y c detected at time t c between time t a and the time t b is in the case which satisfies the following equation, is set by the physical quantity y a physical quantity y b
前記生成部は、前記複雑ネットワークにおいて、エッジによって接続するノードの範囲を所定の規則に基づいて制限する、請求項1に記載の観測装置。   The observation device according to claim 1, wherein the generation unit restricts the range of nodes connected by an edge based on a predetermined rule in the complex network. 前記ノードの範囲が、所定の物理現象が発生したときの物理量の変動周期あたりの物理量の検出回数に基づいて設定される、請求項2に記載の観測装置。   The observation device according to claim 2, wherein the range of the node is set based on the number of times of detection of physical quantity per fluctuation period of physical quantity when a predetermined physical phenomenon occurs. 前記特徴量が、前記複雑ネットワークの平均次数である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の観測装置。   The observation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the feature quantity is an average order of the complex network. 前記推定部は、前記平均次数と所定の閾値との比較に基づいて、物理現象の状態を推定する、請求項4に記載の観測装置。   The observation device according to claim 4, wherein the estimation unit estimates a state of a physical phenomenon based on a comparison between the average order and a predetermined threshold. 前記物理現象が、燃焼器における燃料の燃焼であり、前記物理量が、燃焼器内の圧力である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の観測装置。   The observation device according to any one of claims 1 to 5, wherein the physical phenomenon is combustion of fuel in a combustor, and the physical quantity is a pressure in the combustor. 前記推定部は、前記燃焼器における燃焼の不安定の発生を推定する、請求項6に記載の観測装置。   The observation device according to claim 6, wherein the estimation unit estimates occurrence of combustion instability in the combustor. 前記推定部は、前記燃焼器における燃焼の不安定として、吹き消えの発生を推定する、請求項7に記載の観測装置。   The observation device according to claim 7, wherein the estimation unit estimates occurrence of blow-out as instability of combustion in the combustor. コンピュータが実行する物理現象の観測方法であって、
前記コンピュータが、
時間的に変化する物理現象の物理量を取得するステップと、
取得した各時刻の物理量をノードとして設定し、複数のノードを以下に示す条件(A)及び(B)にしたがってエッジにより接続した複雑ネットワークを経時的に生成するステップと、
前記複雑ネットワークにおける所定の特徴量を求めるステップと、
前記特徴量に基づいて物理現象の状態を推定するステップと、を含む観測方法。
(A):検出時刻が隣接する物理量により設定されるノード同士
(B):時刻tに検出された物理量yと、時刻tよりも後の時刻tに検出された物理量yと、時刻tと時刻tとの間の時刻tに検出された物理量yとが、次の式を満たす場合における、物理量yと物理量yにより設定されるノード同士
A method of observing physical phenomena that a computer executes,
The computer
Obtaining physical quantities of time-varying physical phenomena;
Setting the acquired physical quantity at each time as a node, and generating, over time, a complex network in which a plurality of nodes are connected by an edge according to conditions (A) and (B) shown below;
Determining a predetermined feature amount in the complex network;
Estimating the state of a physical phenomenon based on the feature amount.
(A): a node between which is set by the physical quantity detection time is adjacent (B): and the time t a detected physical quantity y a, a physical quantity y b detected at time t b after time t a , the node between the physical quantity y c detected at time t c between time t a and the time t b is in the case which satisfies the following equation, is set by the physical quantity y a physical quantity y b
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