[发明专利]一种柴油机SCR系统NOx输出浓度的观测方法及观测系统

说明书

技术领域

本发明属于柴油机尾气后处理SCR系统控制领域，涉及一种控制估计方法，具体来说，涉及一种柴油机SCR系统NOx输出浓度的观测方法及观测系统，特别适用于柴油机尾气后处理系统—SCR系统中对NOx输出浓度的估计观测。

背景技术

近十年来，汽车行业中柴油发动机的市场份额一直在增长，主要是由于它在燃油效率、耐久性和应用范围方面与汽油发动机相比具有不小的优势。但是，近些年随着地球环境的恶化和人们环保意识的提高，柴油机尾气污染问题尤其是氮氧化物污染越来越引起人们的关注。为了解决柴油机尾气污染问题，人们研究开发了缸内燃烧控制，NOx捕获技术，选择性催化还原系统(SCR)等技术。而随着排放法规的日益严格，技术的研究深入，SCR系统被认为是最具有前途的去除氮氧化物的一种尾气后处理技术。

SCR系统被广泛应用于柴油机中来减少NOx的排放。SCR(Selective Catalytic Reduction)主要就是一种选择催化还原技术，它是在系统入口端喷入尿素，利用其水解出的氨气在催化剂的作用下将NOx还原为对大气无污染的氮气和水。

如图1所示，常规的SCR系统包含：SCR系统；位于SCR系统进气端的检测NO_X浓度的传感器1，位于SCR系统进气端的检测NH₃浓度的传感器2，位于SCR系统排气端的检测NO_X浓度的传感器3，位于SCR系统排气端的检测NH₃浓度的传感器4。

在SCR系统中，尿素的喷射是系统唯一的输入控制，而NOx和氨气的浓度被认为是SCR控制中重要的参数，所以NOx和氨气的输出浓度对控制算法的设计至关重要。传统的输出浓度观测一般都是借助于传感器，但是在NOx传感器测量NOx浓度时，NOx中混杂的氨气会有一小部分氧化为NOx，导致传感器的测量存在一定的误差；此外还有一些状态观测器被提出来解决这个问题，但是他们的观测精度并不能很好地满足实际的需求。这些问题都会影响SCR系统的经济效益和工作效率。

因此，开发设计一种新型NOx输出状态观测器至关重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决SCR系统中输出NOx传感器受氨气影响测量不准问题，而提供一种契合SCR系统的方法来尽可能地提高测量的精度。

为了达到上述目的，本发明提供了一种柴油机SCR系统NOx输出浓度的观测系统，该观测系统包含：

SCR系统；

位于SCR系统进气端的检测NOX浓度的传感器，

位于SCR系统进气端的检测NH3浓度的传感器，

位于SCR系统排气端的检测NOX浓度的传感器，

位于SCR系统排气端的检测NH3浓度的传感器，

UKF观测算法模块，

浓度显示模块；

SCR系统进气端的检测NO_X浓度的传感器、检测NH₃浓度的传感器、SCR系统排气端的检测NO_X浓度的传感器及检测NH₃浓度的传感器的检测数据均输入到UKF观测算法模块；该UKF观测算法模块通过对所述的检测数据进行运算，输出SCR系统排气端的NOx浓度至浓度显示模块。

上述的观测系统，其中，所述的UKF观测算法模块是指无迹卡尔曼滤波算法模块，其包含如下步骤：

步骤1，根据SCR系统内化学反应建立状态空间模型；

步骤2，将建立的数学状态空间模型运用于UKF计算模型之中，形成UKF算法；

步骤3，运用软件编码以上提到的UKF算法，进行计算仿真，从而得出NOx的输出浓度。

上述的观测系统，其中，所述的UKF算法分为两步：

步骤2.1，预测过程；

步骤2.2，更新过程。

上述的观测系统，其中，所述的步骤2.1的预测过程包含：

步骤2.1.1，构造sigma点：在k-1步，根据随机状态变量x的统计量和协方差P_k-1构造sigma点集，公式为：