一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法及其系統(tǒng)，包括流量控制器、燃油供給系統(tǒng)、流量傳感器、比較器、以及最優(yōu)流量辨識器：所述流量傳感器安裝在燃油供給系統(tǒng)的供油管路上，與管路連接；所述流量控制器安裝在控制柜中，與燃油供給系統(tǒng)連接；所述最優(yōu)流量辨識器確定不同工況下供油系統(tǒng)需要的最佳流量值，內(nèi)置于控制器中，與比較器相連；所述燃油供給系統(tǒng)用來給高溫燃燒系統(tǒng)提供燃油，安裝在油泵間，與高溫燃燒器的燃燒室相連；所述比較器內(nèi)置于控制器中，與燃油流量控制器相連。本發(fā)明還涉及一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法。本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)在：可實現(xiàn)燃油流量的高品質(zhì)控制，實現(xiàn)燃油的高品質(zhì)、低排放燃燒，達到節(jié)能減排的目的。
【專利說明】
一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法及其系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及流體輸送與調(diào)節(jié)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫燃燒器的燃油供給系統(tǒng)是一套基于變頻液壓技術(shù)與比例節(jié)流閥控技術(shù)相結(jié)合的燃油供給系統(tǒng)，由于電機栗的存在以及受流量傳感器和長管路的純滯后的影響，現(xiàn)有燃油供給系統(tǒng)表現(xiàn)為一個具有滯后、時變性和難以建立精確數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)。這些因素增加了實現(xiàn)燃油流量精確控制的難度。另外，對高溫燃燒器而言，實現(xiàn)燃油流量高品質(zhì)控制的最終目的是實現(xiàn)燃燒器溫度的高品質(zhì)控制，這就需要根據(jù)目標(biāo)溫度值確定期望的燃油流量值。在高溫燃燒器的實際工作過程中，燃油的流量通常是由系統(tǒng)的目標(biāo)溫度和燃燒室內(nèi)的氣流流量決定的，燃油流量通常由經(jīng)驗公式給出，不是很準(zhǔn)確，另外由于溫度的滯后特性，導(dǎo)致了在實際燃燒過程中，為了達到目標(biāo)溫度，燃油流量總是超出實際要求的最佳流量，處于一種富油燃燒狀態(tài)，從而導(dǎo)致能源的浪費以及尾氣對空氣的污染。因此，如何根據(jù)工況要求確定燃油的最佳流量，建立燃油的高品質(zhì)、低排放燃燒控制方法具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種提供最佳流量的高溫燃燒器的燃油流量控制方法。
[0004]本發(fā)明的再一目的是公開一種提供最佳流量的高溫燃燒器的燃油控制系統(tǒng)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下技術(shù)方案:
[0006]—種高溫燃燒器的燃油流量控制方法，包括如下步驟:
[0007]SI建立燃油供給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對數(shù)學(xué)模型進行理論分析，得到燃油供給系統(tǒng)包括供油流量、壓力特性在內(nèi)的基本特性；
[0008]S2分析燃油供給系統(tǒng)參數(shù)對高溫燃燒器燃燒性能的影響，得到各種供油參數(shù)條件下燃燒室的出口溫度分布和尾氣排放規(guī)律；
[0009]S3根據(jù)步驟S1、S2的兩步分析得到系統(tǒng)的先驗知識；
[0010]S4根據(jù)現(xiàn)場實測的流量數(shù)據(jù)和實際工況數(shù)據(jù)采用系統(tǒng)辨識的方法實時辨識出燃油供給系統(tǒng)的最優(yōu)供油流量曲線，即確定不同工況下供油系統(tǒng)需要的最佳期望流量值；
[0011]S5在得到步驟S4中系統(tǒng)最佳期望流量值的基礎(chǔ)上，針對燃油供給系統(tǒng)表現(xiàn)出來的滯后、參數(shù)時變特性，設(shè)計出合適的控制算法，實現(xiàn)燃油流量的高品質(zhì)控制。
[0012]進一步的，所述步驟SI中，具體步驟為，首先采用機理建模法建立燃油供給系統(tǒng)流量的數(shù)學(xué)模型，分析其基本特性。
[0013I進一步的，所述步驟S2中，具體步驟為，在AMESim仿真軟件中建立燃油供給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在不同的工況下進行仿真，得出各工況時燃油流量輸送規(guī)律及其特性;接著采用流體仿真軟件分析燃油流量對燃燒穩(wěn)定性和溫度分布的影響;最后采用實驗的方法測出不同工況時系統(tǒng)的流量、壓力、溫度數(shù)據(jù)，分析燃油供給系統(tǒng)供油特性對流量、溫度控制性能的影響，并對仿真結(jié)果進行驗證和優(yōu)化。
[0014]進一步的，所述步驟S3中，具體步驟為，首先建立燃油在高溫燃燒器燃燒室內(nèi)燃燒的氣液兩相控制方程和物理模型，即建立燃油在燃燒室內(nèi)燃燒的數(shù)值仿真模型；然后在Solidworks軟件中建立燃燒室的三維幾何模型，并導(dǎo)入GAMBIT軟件進行網(wǎng)格劃分;接著采用計算流體力學(xué)仿真軟件CR)模擬燃油在燃燒室中的燃燒，得到各種供油參數(shù)條件下燃燒室的出口溫度分布和尾氣排放規(guī)律;最后在仿真的基礎(chǔ)上有針對性的進行實驗，從而驗證和優(yōu)化仿真結(jié)果。
[0015]進一步的，所述步驟S4中，具體步驟為，根據(jù)現(xiàn)場實測的流量數(shù)據(jù)和實際工況數(shù)據(jù)，采用最小二乘支持向量機實時辨識出燃油供給系統(tǒng)的最優(yōu)供油流量曲線，即確定不同工況下供油系統(tǒng)需要的最佳流量值。
[0016]進一步的，所述步驟S5中，具體步驟為，針對燃油流量表現(xiàn)出來的純滯后，參數(shù)時變，多干擾等特性，提出一種新型的遺傳PID預(yù)測控制方法，該控制方法主要包含三個部分，遺傳算法，PID算法和預(yù)測器，該算法的具體方法為:采用PID控制算法作為主要控制律，以保證系統(tǒng)的控制精度，利用遺傳算法在線實時調(diào)節(jié)PID的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)三個參數(shù)，以克服系統(tǒng)參數(shù)時變和干擾對系統(tǒng)的影響，采用預(yù)測器對系統(tǒng)的未來輸出值進行預(yù)測，以消除純滯后對系統(tǒng)控制性能的影響。
[0017]為實現(xiàn)上述第二給目的，本發(fā)明公開了一種高溫燃燒器的燃油流量控制系統(tǒng)，包括流量控制器、燃油供給系統(tǒng)、流量傳感器、比較器、以及用于最優(yōu)流量辨識的最優(yōu)流量辨識器:
[0018]所述流量傳感器安裝在燃油供給系統(tǒng)的供油管路上，與管路連接，它獲取的流量信號一路送給比較器，用于計算流量誤差e(t)，另一路送給最優(yōu)流量辨識器，用于辨識最佳燃油流量；
[0019]所述流量控制器安裝在控制柜中，與燃油供給系統(tǒng)連接，其輸出信號用來控制燃油供給系統(tǒng)中油栗的轉(zhuǎn)速或比例閥的開度，從而實現(xiàn)燃油流量的控制；
[0020]所述最優(yōu)流量辨識器根據(jù)現(xiàn)場的流量數(shù)據(jù)和實際工況數(shù)據(jù)，采用最小二乘支持向量機實時辨識出燃油供給系統(tǒng)的最優(yōu)供油流量曲線，即確定不同工況下供油系統(tǒng)需要的最佳流量值，內(nèi)置于控制器中，與比較器相連；
[0021]所述燃油供給系統(tǒng)用來給高溫燃燒系統(tǒng)提供燃油，安裝在油栗間，與高溫燃燒器的燃燒室相連；
[0022]所述比較器用于計算燃油流量誤差，內(nèi)置于控制器中，與燃油流量控制器相連。
[0023]進一步的，所述流量控制器內(nèi)設(shè)有遺傳PID預(yù)測控制模塊，通過遺傳PID預(yù)測控制算法進行流量控制。
[0024]進一步的，所述燃油供給系統(tǒng)由變頻電機、油栗、比例閥、管路組成，變頻電機連接驅(qū)動油栗完成燃油供給，比例閥安裝在管路上，實現(xiàn)節(jié)流控制。
[0025]本發(fā)明公開的一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法及其系統(tǒng)，具有以下有益效果:
[0026]本發(fā)明可實現(xiàn)燃油流量的高品質(zhì)控制，實現(xiàn)燃油的高品質(zhì)、低排放燃燒，達到節(jié)能減排的目的。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明流程不意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合實施例并參照附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0029]請參見圖1。
[0030]一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法，包括如下步驟:
[0031]SI建立燃油供給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對數(shù)學(xué)模型進行理論分析，得到燃油供給系統(tǒng)包括供油流量、壓力特性在內(nèi)的基本特性；
[0032]S2分析燃油供給系統(tǒng)參數(shù)對高溫燃燒器燃燒性能的影響，得到各種供油參數(shù)條件下燃燒室的出口溫度分布和尾氣排放規(guī)律；
[0033]S3根據(jù)步驟S1、S2的兩步分析得到系統(tǒng)的先驗知識；
[0034]S4根據(jù)現(xiàn)場實測的流量數(shù)據(jù)和實際工況數(shù)據(jù)采用系統(tǒng)辨識的方法實時辨識出燃油供給系統(tǒng)的最優(yōu)供油流量曲線，即確定不同工況下供油系統(tǒng)需要的最佳期望流量值，實現(xiàn)燃油的高品質(zhì)、低排放燃燒，達到節(jié)能減排的目的；
[0035]S5在得到步驟S4中系統(tǒng)最佳期望流量值的基礎(chǔ)上，針對燃油供給系統(tǒng)表現(xiàn)出來的滯后、參數(shù)時變等特性，設(shè)計出合適的控制算法，實現(xiàn)燃油流量的高品質(zhì)控制。
[0036]作為具體實施例，所述步驟SI中，具體步驟為，首先采用機理建模法建立燃油供給系統(tǒng)流量的數(shù)學(xué)模型，分析其基本特性。
[0037]作為具體實施例，所述步驟S2中，具體步驟為，在AMESim仿真軟件中建立燃油供給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在不同的工況下進行仿真，得出各工況時燃油流量輸送規(guī)律及其特性；接著采用流體仿真軟件分析燃油流量對燃燒穩(wěn)定性和溫度分布的影響;最后采用實驗的方法測出不同工況時系統(tǒng)的流量、壓力、溫度數(shù)據(jù)，分析燃油供給系統(tǒng)供油特性對流量、溫度控制性能的影響，并對仿真結(jié)果進行驗證和優(yōu)化。
[0038]作為具體實施例，所述步驟S3中，具體步驟為，首先建立燃油在高溫燃燒器燃燒室內(nèi)燃燒的氣液兩相控制方程和物理模型，即建立燃油在燃燒室內(nèi)燃燒的數(shù)值仿真模型;然后在Solidworks軟件中建立燃燒室的三維幾何模型，并導(dǎo)入GAMBIT軟件進行網(wǎng)格劃分;接著采用計算流體力學(xué)仿真軟件CR)模擬燃油在燃燒室中的燃燒，得到各種供油參數(shù)條件下燃燒室的出口溫度分布和尾氣排放規(guī)律;最后在仿真的基礎(chǔ)上有針對性的進行實驗，從而驗證和優(yōu)化仿真結(jié)果。
[0039]作為具體實施例，所述步驟S4中，具體步驟為，根據(jù)現(xiàn)場實測的流量數(shù)據(jù)和實際工況數(shù)據(jù)，采用最小二乘支持向量機實時辨識出燃油供給系統(tǒng)的最優(yōu)供油流量曲線，即確定不同工況下供油系統(tǒng)需要的最佳流量值。
[0040]作為具體實施例，所述步驟S5中，具體步驟為，針對燃油流量表現(xiàn)出來的純滯后，參數(shù)時變，多干擾等特性，提出一種新型的遺傳PID預(yù)測控制方法，該控制方法主要包含三個部分，遺傳算法，PID算法和預(yù)測器，該算法的具體方法為:采用PID控制算法作為主要控制律，以保證系統(tǒng)的控制精度，利用遺傳算法在線實時調(diào)節(jié)PID的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)三個參數(shù)，以克服系統(tǒng)參數(shù)時變和干擾對系統(tǒng)的影響，采用預(yù)測器對系統(tǒng)的未來輸出值進行預(yù)測，以消除純滯后對系統(tǒng)控制性能的影響。
[0041]本發(fā)明還公開了一種高溫燃燒器的燃油流量控制系統(tǒng)，包括流量控制器、燃油供給系統(tǒng)、流量傳感器、比較器、以及用于最優(yōu)流量辨識的最優(yōu)流量辨識器:
[0042]所述流量傳感器安裝在燃油供給系統(tǒng)的供油管路上，與管路連接，它獲取的流量信號一路送給比較器，用于計算流量誤差e(t)，另一路送給最優(yōu)流量辨識器，用于辨識最佳燃油流量；
[0043]所述流量控制器安裝在控制柜中，與燃油供給系統(tǒng)連接，其輸出信號用來控制燃油供給系統(tǒng)中油栗的轉(zhuǎn)速或比例閥的開度，從而實現(xiàn)燃油流量的控制；
[0044]所述最優(yōu)流量辨識器根據(jù)現(xiàn)場的流量數(shù)據(jù)和實際工況數(shù)據(jù)，采用最小二乘支持向量機實時辨識出燃油供給系統(tǒng)的最優(yōu)供油流量曲線，即確定不同工況下供油系統(tǒng)需要的最佳流量值，內(nèi)置于控制器中，與比較器相連；
[0045]所述燃油供給系統(tǒng)用來給高溫燃燒系統(tǒng)提供燃油，安裝在油栗間，與高溫燃燒器的燃燒室相連；
[0046]所述比較器用于計算燃油流量誤差，內(nèi)置于控制器中，與燃油流量控制器相連。
[0047]作為具體實施例，所述流量控制器內(nèi)設(shè)有遺傳PID預(yù)測控制模塊，通過遺傳PID預(yù)測控制算法進行流量控制。
[0048]作為具體實施例，所述燃油供給系統(tǒng)由變頻電機、油栗、比例閥、管路組成，變頻電機連接驅(qū)動油栗完成燃油供給，比例閥安裝在管路上，實現(xiàn)節(jié)流控制。
[0049]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，而非對其限制;應(yīng)當(dāng)指出，盡管參照上述各實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其依然可以對上述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或?qū)ζ渲胁糠只蛘呷考夹g(shù)特征進行等同替換;而這些修改和替換，并不使相應(yīng)的技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法及其系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟: Si建立燃油供給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對數(shù)學(xué)模型進行理論分析，得到燃油供給系統(tǒng)包括供油流量、壓力特性在內(nèi)的基本特性； S2分析燃油供給系統(tǒng)參數(shù)對高溫燃燒器燃燒性能的影響，得到各種供油參數(shù)條件下燃燒室的出口溫度分布和尾氣排放規(guī)律； S3根據(jù)步驟S1、S2的兩步分析得到系統(tǒng)的先驗知識； S4根據(jù)現(xiàn)場實測的流量數(shù)據(jù)和實際工況數(shù)據(jù)采用系統(tǒng)辨識的方法實時辨識出燃油供給系統(tǒng)的最優(yōu)供油流量曲線，即確定不同工況下供油系統(tǒng)需要的最佳期望流量值； S5在得到步驟S4中系統(tǒng)最佳期望流量值的基礎(chǔ)上，針對燃油供給系統(tǒng)表現(xiàn)出來的滯后、參數(shù)時變特性，設(shè)計出合適的控制算法，實現(xiàn)燃油流量的高品質(zhì)控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法，其特征在于，所述步驟SI中，具體步驟為，首先采用機理建模法建立燃油供給系統(tǒng)流量的數(shù)學(xué)模型，分析其基本特性。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法，其特征在于，所述步驟S2中，具體步驟為，在AMESim仿真軟件中建立燃油供給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在不同的工況下進行仿真，得出各工況時燃油流量輸送規(guī)律及其特性;接著采用流體仿真軟件分析燃油流量對燃燒穩(wěn)定性和溫度分布的影響；最后采用實驗的方法測出不同工況時系統(tǒng)的流量、壓力、溫度數(shù)據(jù)，分析燃油供給系統(tǒng)供油特性對流量、溫度控制性能的影響，并對仿真結(jié)果進行驗證和優(yōu)化。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法，其特征在于，所述步驟S3中，具體步驟為，首先建立燃油在高溫燃燒器燃燒室內(nèi)燃燒的氣液兩相控制方程和物理模型，即建立燃油在燃燒室內(nèi)燃燒的數(shù)值仿真模型;然后在Solidworks軟件中建立燃燒室的三維幾何模型，并導(dǎo)入GAMBIT軟件進行網(wǎng)格劃分;接著采用計算流體力學(xué)仿真軟件CR)模擬燃油在燃燒室中的燃燒，得到各種供油參數(shù)條件下燃燒室的出口溫度分布和尾氣排放規(guī)律;最后在仿真的基礎(chǔ)上有針對性的進行實驗，從而驗證和優(yōu)化仿真結(jié)果。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法，其特征在于，所述步驟S4中，具體步驟為，根據(jù)現(xiàn)場實測的流量數(shù)據(jù)和實際工況數(shù)據(jù)，采用最小二乘支持向量機實時辨識出燃油供給系統(tǒng)的最優(yōu)供油流量曲線，即確定不同工況下供油系統(tǒng)需要的最佳流量值。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫燃燒器的燃油流量控制方法，其特征在于，所述步驟S5中，具體步驟為，針對燃油流量表現(xiàn)出來的純滯后，參數(shù)時變，多干擾等特性，提出一種新型的遺傳PID預(yù)測控制方法，該控制方法主要包含三個部分，遺傳算法，PID算法和預(yù)測器，該算法的具體方法為:采用PID控制算法作為主要控制律，以保證系統(tǒng)的控制精度，利用遺傳算法在線實時調(diào)節(jié)PID的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)三個參數(shù)，以克服系統(tǒng)參數(shù)時變和干擾對系統(tǒng)的影響，采用預(yù)測器對系統(tǒng)的未來輸出值進行預(yù)測，以消除純滯后對系統(tǒng)控制性能的影響。7.—種高溫燃燒器的燃油流量控制系統(tǒng)，其特征在于，包括流量控制器、燃油供給系統(tǒng)、流量傳感器、比較器、以及用于最優(yōu)流量辨識的最優(yōu)流量辨識器: 所述流量傳感器安裝在燃油供給系統(tǒng)的供油管路上，與管路連接，它獲取的流量信號一路送給比較器，用于計算流量誤差，另一路送給最優(yōu)流量辨識器，用于辨識最佳燃油流量； 所述流量控制器安裝在控制柜中，與燃油供給系統(tǒng)連接，其輸出信號用來控制燃油供給系統(tǒng)中油栗的轉(zhuǎn)速或比例閥的開度，從而實現(xiàn)燃油流量的控制； 所述最優(yōu)流量辨識器根據(jù)現(xiàn)場的流量數(shù)據(jù)和實際工況數(shù)據(jù)，采用最小二乘支持向量機實時辨識出燃油供給系統(tǒng)的最優(yōu)供油流量曲線，即確定不同工況下供油系統(tǒng)需要的最佳流量值，內(nèi)置于控制器中，與比較器相連； 所述燃油供給系統(tǒng)用來給高溫燃燒系統(tǒng)提供燃油，安裝在油栗間，與高溫燃燒器的燃燒室相連； 所述比較器用于計算燃油流量誤差，內(nèi)置于控制器中，與燃油流量控制器相連。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高溫燃燒器的燃油流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述流量控制器內(nèi)設(shè)有遺傳PID預(yù)測控制模塊，通過遺傳PID預(yù)測控制算法進行流量控制。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高溫燃燒器的燃油流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述燃油供給系統(tǒng)由變頻電機、油栗、比例閥、管路組成，變頻電機連接驅(qū)動油栗完成燃油供給，比例閥安裝在管路上，實現(xiàn)節(jié)流控制。
【文檔編號】F23N1/00GK105928004SQ201610427034
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】蔡超志, 吳利豐, 吳迪, 楊玉敏
【申請人】河北工程大學(xué)