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我国对柴油机尾气排放提出越来越高的要求,选择性催化还原技术(SCR)被公认为最具有前景的后处理技术,通过氧化还原反应来降低发动机尾气中的氮氧化物排放,若要满足国(Ⅴ)甚至更严格的法规要求,需要采用闭环控制策略。
本课题对某4H180机型发动机稳态工况下SCR系统闭环控制进行研究。分析试验数据和系统性能,建立柴油机SCR系统模型,并寻求合理有效的控制策略,基于MATLAB/Simulink软件平台实现控制策略的优化完善。主要研究内容:
(1)基于发动机万有特性、催化器最大转化效率和特性研究性等试验,分析SCR系统工作过程中发动机系统、喷射系统、催化器系统等反应过程存在惯性和时滞特性;解析系统特性的主要影响因素,并根据催化器系统尿素喷射量和NOx响应曲线建立系统模型。
(2)基于系统特性的分析,结合国内外对惯性、时滞系统控制的研究现状,选定Smith控制为闭环控制策略;使用Hermite-Biehler定理及推广理论,针对实际工业应用中存在的静态增益K、时间常数T、延时时间L的失配情况,分别依次分析Smith控制的稳定性,确定控制器参数;借助MATLAB/Simulink软件平台对理论分析结果验证。
(3)基于SCR系统工作原理、ESC试验排放限值、催化器性能研究试验和闭环控制原理,形成一个集系统输入系统、NOx目标值系统、催化反应系统、尿素喷射控制系统以及输出NOx排放值为一体的柴油机SCR系统闭环控制模型;剖析SCR系统在给定工况运行中的参数失配现象,选定控制参数的范围,以MATLAB/Simulink软件平台使用PID控制和Smith+PID控制分别仿真,优化控制参数完善控制策略;基于470单片机嵌入式IAR软件操作平台,实现控制策略的工程应用,验证了控制策略的有效性。
SCR系统闭环控制的研究,不仅为SCR系统开拓研究视野,而且为解决工业中类似SCR系统的控制提供理论依据。