[發明專利]一種燃氣當量比預測方法、系統及處理終端

有效

• 申請號: 202110376228.0
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113257368B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 李芳燕;劉彥明;李小平;石磊
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G16C20/30
• 分類號: G16C20/30;G16C20/70;G01R19/00
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 何畏

本發明屬于燃氣當量比預測技術領域，公開了一種燃氣當量比預測方法、系統及處理終端，所述燃氣當量比預測方法包括：利用多頻激勵離子電流傳感器測量得到被測燃燒器內的多頻激勵離子電流時變信號；對多頻激勵時變信號進行非整周期在線解調，獲得不同時刻下、不同激勵頻率對應的離子信號振幅，進而得到不同時刻對應的離散離子電流幅值譜S_A^t；利用主成分分析對不同時刻下的離散幅值譜S_A^t進行特征降維及去噪，得到不同時刻下的降維特征矩陣X_t；將X_t輸入到前期文獻中所建立的離子電流幅值譜?燃氣當量比非線性預測模型，實現對不同時刻下燃氣當量比的實時預測。本發明結合多頻激勵解調與非線性預測模型，有利于準確刻畫工況參數的實時變化情況，在減少實驗次數的同時，實現了對燃氣當量比的實時預測。

技術領域

本發明屬于燃氣當量比預測技術領域，尤其涉及一種燃氣當量比預測方法、系統及處理終端。

背景技術

目前，燃氣當量比表征了參加燃燒反應的組分配比情況，它決定了燃燒反應能否啟動及燃燒反應的劇烈程度，同時也影響著燃燒的完全性、熱聲振蕩程度、共振頻率及污染物的排放水平等。因此，燃氣當量比是燃燒過程中的關鍵狀態參數。

目前，主要使用兩種方法來獲得當量比。最基本的方法是通過安裝在燃燒系統入口上的流量計測量入口燃料和空氣流量，進而計算燃氣當量比。該方法廣泛應用于大多數入口流量穩定的燃燒系統中。然而，對于入口流量隨時間變化的燃燒系統而言，通過測定入口流量來確定當量比的方法將受到限制。另一種方法則是使用化學平衡方程從測量的CO，CO₂和O₂濃度計算當量比，目前最流行的方式是使用安裝在排氣流中的氧氣傳感器來測量氧氣濃度，氧氣傳感器主要包括加熱廢氣氧(HEGO)傳感器和商用通用廢氣氧(UEGO)傳感器；但HEGO傳感器無法給出當量比的確切值，UEGO傳感器雖然能提供準確的當量比值，但價格昂貴，且大多局限于實驗室應用。感興趣燃燒產物的濃度還可以采用激光誘導擊穿光譜(LIB)，激光誘導熒光(LIF)和紅外吸收光譜技術等先進的光譜診斷技術獲得。但光學診斷技術測量過程中需要開設光學窗口，在實際應用中受到限制。此外，研究人員提出了多種基于壓力、化學發光等燃燒參數來預測當量比的方法，并結合神經網絡(ANN)及支持向量機(SVM)等人工智能算法進行特征提取和當量比估計。火花塞等多種形式的離子傳感器也被成功用于多種發動機燃燒室中的燃氣當量比預測。研究表明，離子電流信號的特征值(如最大值、積分值等)與燃氣當量比之間存在直接的關系，離子電流傳感器結構簡單、安裝方便、靈敏度高、環境適應性強，可以放置在燃燒器中的任意感興趣區域，在變流量燃燒系統的燃氣當量比測定中具有很好的應用前景。

離子電流傳感器的測量原理是：燃燒過程中會由于化學電離而產生離子和電子等帶電粒子，這些帶電粒子的存在使得燃燒介質具有電特性。由于帶電粒子的存在，燃燒介質呈現電中性弱等離子體特性，當加入外加電場后，帶電粒子在電場力作用下定向移動形成電流，稱為離子電流。離子電流能夠反映燃燒過程中特征參數的變化情況，通過測量離子電流信號的大小及變化情況可以獲得燃燒場中離子濃度的變化情況，進而間接獲得燃燒運行狀況。

然而，以往的離子電流傳感器均采用直流或者單頻交流激勵測量，單次測量得到是離子電流信號隨時間的變化曲線，包含的特征信息有限；采用多頻激勵方式對脈動燃燒中的離子濃度變化進行測量時，傳感器兩級間的離子電流響應特性隨著激勵頻率的變化而變化，可以得到離子電流信號隨激勵頻率變化的響應曲線，即離散離子電流譜信息。對于給定的外部電場，離子電流幅值譜的特征取決于燃燒狀況，而燃燒狀況與燃氣當量比密切相關。因此，當量比可以視為離子電流幅值譜的函數，該函數本質上是非線性的，可以使用非線性預測模型來逼近它。前期文獻中建立了當量比與離散離子電流幅值譜的非線性預測模型，但在獲取離散離子電流幅值譜的過程中采用了基于傅里葉變換的頻譜分析方法，該方法屬于時均處理方法，無法獲取不同時刻下的實時幅值，進而無法實現對當量比的實時預測。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：