【摘要】：針對目前熱聲主動控制方法中存在的滯后問題,提出采用支持向量機算法進行熱聲振動時間序列的模糊預(yù)測.在自行設(shè)計的Rijke管熱聲不穩(wěn)定實驗臺上進行揚聲器擾動實驗,采集熱聲振動動態(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建立預(yù)測模型,用測試集進行校驗,定性分析了嵌入維數(shù)和延遲時間對時間序列預(yù)測精度的影響.結(jié)果表明:所用方法能得到較高的預(yù)測精度,模型在較高的延遲時間下仍能保持決定系數(shù)為0.95的高擬合度,驗證了該時間序列預(yù)測方法的可行性.
【圖文】：

實時數(shù)據(jù)采集，采樣頻率設(shè)置為２５．６ｋＨｚ．實驗中，通過Ａｌｉｃａｔ流量計控制進氣，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)揚聲器的頻率和聲壓級，共５０個工況，采集燃燒室內(nèi)的壓力波動時間序列，其中頻率和聲壓級由ＰＣ聲控插件調(diào)節(jié)，頻率為５０～５００Ｈｚ，增量５０Ｈｚ，聲壓級開度為２０％～１００％，增量為２０％，用聲壓測試計在揚聲器端口平面正中心垂直上方５０ｍｍ處測量絕對聲壓級，其值在９０～１２５ｄＢ．圖１Ｒｉｊｋｅ型燃燒器熱聲不穩(wěn)定實驗臺示意圖Ｆｉｇ．１ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆａＲｉｊｋｅｃｏｍｂｕｓｔｏｒ２．２壓力波形曲線分析圖２為無揚聲器擾動和３００Ｈｚ、１００％開度擾動下的壓力波形和頻譜分析曲線．由于實驗采集數(shù)據(jù)量龐大，圖中僅呈現(xiàn)了振動穩(wěn)定后達到極限周期的部分，連續(xù)采樣頻率為２５６００Ｈｚ，采樣點充足，保證波形的平整性．由圖２可知，在無揚聲器擾動（ａ）無揚聲器擾動（ｂ）３００Ｈｚ，１００％開度擾動圖２壓力波形曲線及頻譜分析Ｆｉｇ．２Ｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｆｏｒｍａｎｄｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓ時，振動波形較為平穩(wěn)，對其進行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)揚聲器擾動添加至燃燒室內(nèi)的固有聲場時，原有聲場將被打亂，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)測曲線Ｆｉｇ．３Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄｃｕｒｖｅｓｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｆｏｒｍｓ式中：ｎ為測試集樣本數(shù)目；ｙｉ為實測值；ｆｘｉ為預(yù)測值；ｙ－為實測平均值．圖４列出了０～５００Ｈｚ、１００％開度擾動下預(yù)測模型的準(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)測值高度貼合實測值，呈現(xiàn)出較好的擬合性能．ｅＭＲＥ和ｅＲＭＳＥ描述了預(yù)測曲線的平均誤差，其中ｅＭＲＥ最高為１２％，這是由于實測值在０附近時會產(chǎn)生較大的相對誤差，而本文的研究內(nèi)容并不是很注重這樣的相對誤差，因此ｅＭＲＥ不能很好地描述該預(yù)測曲線的精準(zhǔn)性，ｅＲＭＳＥ的值更具有參考價值．圖４壓力波形預(yù)測誤差分析Ｆｉｇ．４Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｅｒｒｏｒｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｆｏｒｍｓ３．２．２變工況下的波形建模當(dāng)燃燒工況穩(wěn)定時，采集的是穩(wěn)定的熱聲振動數(shù)據(jù)，但實際燃燒過程在火焰燃燒不穩(wěn)定或受外界干擾時，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)定時采集的壓力波形，圖５（ｂ）為在極限周期振動下施加不同頻率揚聲器擾動形成的波形．（ａ）燃燒不穩(wěn)定波形（ｂ）變擾動下的波形圖５變工況下的壓力波形曲線Ｆｉｇ．５Ｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｆｏｒｍｓｕｎｄｅｒｖａｒｉａｂｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ對上述２種波形分別建模預(yù)測，預(yù)測結(jié)果見
【作者單位】： 浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點實驗室;
【基金】：國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃資助項目(2015CB251501) 國家自然科學(xué)基金資助項目(51476137)
【分類號】：TK16

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本文編號：2531950