【摘要】：針對(duì)目前熱聲主動(dòng)控制方法中存在的滯后問題,提出采用支持向量機(jī)算法進(jìn)行熱聲振動(dòng)時(shí)間序列的模糊預(yù)測(cè).在自行設(shè)計(jì)的Rijke管熱聲不穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行揚(yáng)聲器擾動(dòng)實(shí)驗(yàn),采集熱聲振動(dòng)動(dòng)態(tài)壓力序列,利用相空間重構(gòu)法則構(gòu)建輸入輸出數(shù)據(jù)集,并采用支持向量回歸機(jī)建立預(yù)測(cè)模型,用測(cè)試集進(jìn)行校驗(yàn),定性分析了嵌入維數(shù)和延遲時(shí)間對(duì)時(shí)間序列預(yù)測(cè)精度的影響.結(jié)果表明:所用方法能得到較高的預(yù)測(cè)精度,模型在較高的延遲時(shí)間下仍能保持決定系數(shù)為0.95的高擬合度,驗(yàn)證了該時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法的可行性.
【圖文】：

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，采樣頻率設(shè)置為２５．６ｋＨｚ．實(shí)驗(yàn)中，通過Ａｌｉｃａｔ流量計(jì)控制進(jìn)氣，設(shè)置甲烷體積流量為１４．９ｍＬ／ｓ、空氣體積流量為１３５ｍＬ／ｓ．調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的頻率和聲壓級(jí)，共５０個(gè)工況，采集燃燒室內(nèi)的壓力波動(dòng)時(shí)間序列，其中頻率和聲壓級(jí)由ＰＣ聲控插件調(diào)節(jié)，頻率為５０～５００Ｈｚ，增量５０Ｈｚ，聲壓級(jí)開度為２０％～１００％，增量為２０％，用聲壓測(cè)試計(jì)在揚(yáng)聲器端口平面正中心垂直上方５０ｍｍ處測(cè)量絕對(duì)聲壓級(jí)，其值在９０～１２５ｄＢ．圖１Ｒｉｊｋｅ型燃燒器熱聲不穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖Ｆｉｇ．１ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆａＲｉｊｋｅｃｏｍｂｕｓｔｏｒ２．２壓力波形曲線分析圖２為無揚(yáng)聲器擾動(dòng)和３００Ｈｚ、１００％開度擾動(dòng)下的壓力波形和頻譜分析曲線．由于實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)量龐大，圖中僅呈現(xiàn)了振動(dòng)穩(wěn)定后達(dá)到極限周期的部分，連續(xù)采樣頻率為２５６００Ｈｚ，采樣點(diǎn)充足，保證波形的平整性．由圖２可知，在無揚(yáng)聲器擾動(dòng)（ａ）無揚(yáng)聲器擾動(dòng)（ｂ）３００Ｈｚ，１００％開度擾動(dòng)圖２壓力波形曲線及頻譜分析Ｆｉｇ．２Ｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｆｏｒｍａｎｄｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓ時(shí)，振動(dòng)波形較為平穩(wěn)，對(duì)其進(jìn)行ＦＦＴ分析，呈現(xiàn)出明顯的單頻振幅，峰值的頻率為４６４Ｈｚ，振幅為２０４Ｐａ．當(dāng)揚(yáng)聲器擾動(dòng)添加至燃燒室內(nèi)的固有聲場(chǎng)時(shí)，原有聲場(chǎng)將被打亂，如圖２（ｂ）所示，壓力波形呈現(xiàn)一定程度的毛刺，，從頻譜分析可以看出，主頻仍維持在４６４Ｈｚ，主頻振幅峰值降到１６７Ｐａ，比

（ａ）１００Ｈｚ（ｂ）２００Ｈｚ（ｃ）３００Ｈｚ（ｄ）４００Ｈｚ（ｅ）５００Ｈｚ圖３壓力波形預(yù)測(cè)曲線Ｆｉｇ．３Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄｃｕｒｖｅｓｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｆｏｒｍｓ式中：ｎ為測(cè)試集樣本數(shù)目；ｙｉ為實(shí)測(cè)值；ｆｘｉ為預(yù)測(cè)值；ｙ－為實(shí)測(cè)平均值．圖４列出了０～５００Ｈｚ、１００％開度擾動(dòng)下預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確度分布，決定系數(shù)Ｒ２表征了曲線的擬合優(yōu)度．從圖４可以看出，Ｒ２分布在［０．９９８，１］區(qū)間，預(yù)測(cè)值高度貼合實(shí)測(cè)值，呈現(xiàn)出較好的擬合性能．ｅＭＲＥ和ｅＲＭＳＥ描述了預(yù)測(cè)曲線的平均誤差，其中ｅＭＲＥ最高為１２％，這是由于實(shí)測(cè)值在０附近時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的相對(duì)誤差，而本文的研究?jī)?nèi)容并不是很注重這樣的相對(duì)誤差，因此ｅＭＲＥ不能很好地描述該預(yù)測(cè)曲線的精準(zhǔn)性，ｅＲＭＳＥ的值更具有參考價(jià)值．圖４壓力波形預(yù)測(cè)誤差分析Ｆｉｇ．４Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｅｒｒｏｒｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｆｏｒｍｓ３．２．２變工況下的波形建模當(dāng)燃燒工況穩(wěn)定時(shí)，采集的是穩(wěn)定的熱聲振動(dòng)數(shù)據(jù)，但實(shí)際燃燒過程在火焰燃燒不穩(wěn)定或受外界干擾時(shí)，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定波形，如圖５所示．圖５（ａ）為在火焰燃燒不穩(wěn)定時(shí)采集的壓力波形，圖５（ｂ）為在極限周期振動(dòng)下施加不同頻率揚(yáng)聲器擾動(dòng)形成的波形．（ａ）燃燒不穩(wěn)定波形（ｂ）變擾動(dòng)下的波形圖５變工況下的壓力波形曲線Ｆｉｇ．５Ｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｆｏｒｍｓｕｎｄｅｒｖａｒｉａｂｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ對(duì)上述２種波形分別建模預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果見
【作者單位】： 浙江大學(xué)能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015CB251501) 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51476137)
【分類號(hào)】：TK16

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本文編號(hào)：2531950