船舶柴油机尾气排放带来的污染问题随着海上运输的高速发展变得越来越严重,针对减少船舶污染的制定的TierIII标准将从2016年起强制施行。因此选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction）技术作为最经济有效的排气后处理技术日益成为各国研究机构和船舶柴油机制造厂商研究的热点。本文根据船用柴油机SCR系统的特点,采用模块化设计思想对中低速大功率柴油机SCR嵌入式控制系统的设计展开了研究工作,主要工作包括以下几方面:首先,详细分析了SCR催化转换器内部的化学反应过程,基于质量和能量守恒定律建立了描述SCR系统催化器动态特性的微分方程,通过合理简化,得到SCR系统催化器的数学模型。然后,在综合国内外相关设计资料并进行广泛调查研究之后,完成了船舶柴油机SCR嵌入式控制系统的设计方案,并且以中低速船舶柴油机的SCR系统为研究对象,设计了SCR嵌入式控制系统的硬件和软件系统,并且完成了SCR嵌入式控制系统的硬件系统的制作。其次,设计了针对船舶柴油机的还原剂喷量开环前馈控制策略和模型预测闭环控制策略。前馈控制器采用原机NOx排放量标定催化器下游NH₃泄漏期望值,并以下游NH₃浓度作为控制目标来计算还原剂的需求量,能够在NH₃泄漏限值内有较高的NOx转换效率;模型预测控制策略通过实时监测发动机的工况参数进行在线优化与控制,有效减轻了NH₃泄漏量,大大改善系统的控制精度和鲁棒性能。最后,通过数字仿真试验验证了前馈控制策略和模型预测控制策略的NOx转换效率都能够达到80%左右,并且模型预测控制器控制下SCR系统的NH₃平均泄漏量与泄漏峰值分别减少了25ppm和40ppm,表明了模型预测控制策略能够在不影响NOx转换效率的前提下能有效地降低NH₃泄漏量。