[发明专利]一种尿素SCR氨覆盖率反馈跟踪控制方法

摘要

一种尿素SCR氨覆盖率反馈跟踪控制方法，属于汽车技术领域。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。本发明首先进行氨覆盖率反馈跟踪控制方法所需系统模型搭建，氨覆盖率反馈跟踪控制方法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。本发明设计采用一种基于线性自抗扰思想设计控制器。此方法具有自抗扰控制的精髓—实时估计并补偿系统运行时受到的各种外扰和内扰，超调小、响应速度快、精度高、抗干扰能力强。并且解决了原有自抗扰控制器参数过多(10个左右)问题，将控制参数降到3个,而且都有比较明确的物理意义,十分便于工程应用,并且取得了很好的实际控制效果。

主权项

一种尿素SCR氨覆盖率反馈跟踪控制方法，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，c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）。其特征在于：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）其中作为未知干扰；将上式整理成状态空间形式（17）其中，；用线性状态观测器（18）观测各状态（18）L为观测器增益，通过极点配置方式得到，为系统极点，通过实验调节得到；第三步、设计闭环反馈控制器：应用PD控制器作为反馈控制器，令（19）其中r为参考氨覆盖率，为氨覆盖率观测值，为氨覆盖率变化速率；其中，为系统待调节的另两个参数；结合第一、二、三步我们得到最终的控制量u即得。