[发明专利]一种尿素SCR氨覆盖率反馈跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车技术领域。

背景技术

柴油发动机由于经济性好、动力性强、温室气体排放少等优点，越来越受到用户的青睐，已经从原有的中重型车领域扩展到轻型车领域。然而柴油发动机存在着                                                排放过多的问题。原有的机内净化技术已经不能满足日益严格的排放法规，而柴油发动机尾气后处理系统能够很好的解决这个问题。这其中的尿素SCR系统是一种最有发展前景的技术，它能够在提高燃油经济性的情况下降低的排放。为了能够同时降低排放并且避免氨逃逸，现在采用较多的控制思路是将氨的覆盖率作为被控量进行跟踪控制。现在采用的精确非线性控制方法存在着诸多问题：

1、尿素SCR系统内部存在着复杂的化学反应，所以机理建模复杂，并且模型精度存在问题。然而现存的控制方法过多的依赖于模型精度，从而对控制器的设计带来了困难。

2、尿素SCR系统的被控模型中存在大量参数，例如温度，质量流量等。通常被视作慢变参数，将其变化率忽略。这样降低了系统的精度和抗干扰能力。

3、现有的精确控制方法大多采用复杂的非线性控制方法，控制器设计复杂，不利于工程实现和应用。

发明内容

本发明的目的主要是针对于单核尿素SCR系统提出一种简单易于实现的尿素SCR氨覆盖率反馈跟踪控制方法。

本发明氨覆盖率反馈跟踪控制方法所需系统模型搭建：

a、通过氨的吸附与解吸附反应、SCR还原反应和氨的氧化反应进行：

氨的吸附与解吸附反应：反应方程式如下

      （1）

SCR催化还原反应：反应方程式如下

         （2）

氨氧化反应：反应方程式如下：

      （3）

各反应的反应速率如下：

氨的吸附速率和解吸附反应速率：

      （4）

                  （5）

SCR催化还原反应的反应速率：

         （6）

氧化反应的反应速率：

                    （7）

式中， 为气态浓度，为浓度，为氨覆盖率，为反应速率系数，具体表示如下表：

 b、根据质量和能量守恒建立系统模型

列出催化器微元内气体组份的质量平衡方程：

       (8)

式中，为气体摩尔浓度()，为进入微元的气体摩尔流量(),为流出微元的气体摩尔流量(),为气体通过化学反应生成或者消耗的速率()；

根据公式（8），分别获得气态、气态和氨覆盖率的质量平衡方程：

   （9）

式中，为单位体积活性原子浓度；

得到催化器温度模型：

 （10）

式中

得到尿素SCR系统的状态空间模型如（11）

                     （11）。

本发明要实现的目标是跟踪氨覆盖率，考虑氨覆盖率和氨浓度两个状态量：由式（11）可知：

    （12）

其中， 为状态量， 为系统控制输入， 为系统被控输出；

；

其中，

第一步、基于线性自抗扰思想的控制器整体结构设计：

令，基于（12）对y求二阶导得到系统的二阶微分方程如下，

   （13）

通过对模型的了解，可知

则将（13）改写成如下形式

                   （14）

其中，F作为系统的扩张状态，将通过线性扩张观测器观测得到；

根据现行线性自抗扰控制思想我们直接得到控制器输出的控制变量形式：

                  （15）

其中，是对的观测值，通过线性扩张状态观测器得到；

第二步、设计系统线性扩张状态观测器观测：

首先重构系统状态方程，将原有的非线性形式转化成线性状态空间形式；

令，得到

                 （16）