固态铵SCR系统喷射控制策略的研究

发布时间：2017-09-18 11:26

  本文关键词：固态铵SCR系统喷射控制策略的研究

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【摘要】：“优化燃烧+SCR”的技术路线能够有效减少柴油机PM和NO_x排放,是适合我国国情的降低柴油机污染的技术路线之一。传统的SCR采用尿素喷射的方法,通过尿素水解热解产生NH_3与排气中NO_x发生反应,降低NO_x的排放。但是由于尿素先天存在难以避免的缺点,如低温结晶、低温分解能力差等,在柴油机低温小负荷工况下无法有效降低NO_x的排放。相比于传统尿素SCR,固态铵SCR通过加热固态铵盐产生NH_3,采用NH_3直接喷射的方式,在低温条件下也能够保证NH_3的供给,有效地拓宽系统的温度工作范围。随着排放法规越来越严格,对中小负荷工况下柴油机的排放要求也越发苛刻,固态铵SCR系统在低温条件下转化NO_x的能力更强,成为国内外SCR技术研究的新热点。NH_3喷射控制策略是固态铵SCR系统重要组成部分。本文设计出了一种基于模型的NH_3闭环控制策略,主要工作内容如下所示:基于Elay-Rideal反应机理完成了催化器控制模型的建立。模型包括四个部分:气态NH_3模型、气态NO_x模型、储氨模型以及温度模型。模型的输入为催化器上游NO_x、上游NH_3、排气流量、入口气体温度和环境温度,输出为下游NO_x、下游NH_3和出口气体温度,模型的状态量为NO_x浓度、NH_3浓度、储氨状况和模型温度。基于非线性最小二乘法对模型中的主要参数进行参数辨识,通过Matlab中的lsqnonlin函数完成了辨识过程的实现。完成了基于模型的NH_3喷射控制策略的开发设计。开环部分以“状态观测器+前馈算法”为结构:状态观测器获取催化器内部储氨和温度信息;前馈算法以下游NH_3滑移量为控制目标,满足下游NH_3达到法规要求的前提下最大化控制NO_x的排放。为了保证系统的稳定性,提高系统对于环境和其他因素的抗干扰能力,采用了传统的PI控制算法设计了闭环反馈部分,利用下游NO_x传感器信号对控制策略进行反馈调节。对控制策略进行了仿真研究工作。设计了系统管理软件,实现了控制系统软件与硬件之间的协调工作。管理软件的设计依据状态机理论,由系统状态模块、状态监控模块和底层硬件模块三部分构成。底层硬件模块将发动机工况信息传递给状态监控模块,并根据系统指令对底层硬件进行驱动;由状态监控模块负责系统软件与底层硬件之前的信息传递,并对发动机状态进行实时监控;系统状态模块是整个控制软件的大脑部分,保证在正常条件下后处理系统的有序进行以及当故障发生时及时关闭整个系统。为了验证NH_3喷射控制策略的可用性和有效性,完成了发动机实验台架的搭建。利用Mototron快速开发平台,完成了对NH_3闭环喷射控制策略的实验验证。
【关键词】：固态铵SCR NH_3喷射 控制模型 闭环策略 Mototron
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 课题背景11-13
• 1.2 柴油机排气控制方法及技术路线13-21
• 1.2.1 机内净化技术13-16
• 1.2.2 柴油机后处理技术16-19
• 1.2.3 柴油机排放技术路线19-21
• 1.3 固态铵SCR技术发展现状21-23
• 1.4 课题的提出及主要研究内容23-25
• 1.4.1 课题的提出23
• 1.4.2 主要研究内容23-25
• 第2章 SSCR系统催化器模型25-43
• 2.1 SSCR系统反应机理25-27
• 2.1.1 Eley-Rideal反应机理25-26
• 2.1.2 Langmuir-Hinshelwood反应机理26-27
• 2.2 SSCR系统化学反应27-29
• 2.2.1 NH_3的吸附与解吸附27-28
• 2.2.2 NO_x的选择性催化还原28-29
• 2.2.3 SSCR系统副反应29
• 2.3 SSCR系统催化器模型29-39
• 2.3.1 气态NH_3模型32-33
• 2.3.2 气态NO_x模型33-34
• 2.3.3 储氨模型34-35
• 2.3.4 温度模型35-37
• 2.3.5 SSCR系统控制器模型37-39
• 2.4 控制模型参数辨识39-40
• 2.5 本章小结40-43
• 第3章 SSCR系统NH_3喷射控制策略及控制软件43-59
• 3.1 SSCR控制策略总体方案43-44
• 3.2 开环控制模型44-50
• 3.2.1 状态观测器45-46
• 3.2.2 前馈控制器46-48
• 3.2.3 开环控制模型仿真验证48-50
• 3.3 闭环反馈模型50-52
• 3.3.1 PI控制结构50-51
• 3.3.2 闭环控制模型仿真验证51-52
• 3.4 固态铵SCR系统控制软件52-57
• 3.4.1 系统状态模块53-55
• 3.4.2 状态监控模块55-56
• 3.4.3 底层硬件模块56-57
• 3.5 本章小结57-59
• 第4章 SSCR系统NH_3喷射控制策略试验验证59-69
• 4.1 试验台架总体布置及实验设备59-65
• 4.2 基于Mototron快速控制原型65-67
• 4.3 系统NH_3控制策略试验验证67-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第5章 全文总结与工作展望69-73
• 5.1 全文总结69-70
• 5.2 工作展望70-73
• 参考文献73-77
• 作者简介及科研成果77-79
• 致谢79

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本文编号：875236