随着国际航运业及远洋船舶运输的发展，以柴油为燃料的船舶发动机产生的废气排放已成为沿海地区尤其是港口的主要污染源。为限制船舶柴油机NOx排放对环境的污染，各国政府和国际组织相继制定了相关的船舶柴油机NOx排放限制法规。选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction简称SCR)后处理技术是降低船用柴油机NOx排放的有效措施。控制系统是SCR系统的核心，控制策略的好坏将直接影响NOx排放控制效果。本文针对SCR控制系统提出了一种基于模型控制的SCR控制算法，并进行了仿真和实验研究，在有效降低NOx排放的同时，避免过量NH3的滑失。本文首先针对SCR催化器内发生的化学反应，建立了能够反映各组分浓度变化情况的高阶化学反应动力学模型。然后依据控制系统需要将高阶动力学模型简化为三阶控制模型，从基于模型预测控制的基本原理出发，建立了适用于SCR系统的闭环模型预测控制策略，并进行了仿真研究。针对NH3对NOx传感器具有交叉敏感性的问题，本文通过原理分析和实验得出交叉敏感因子的变化情况，对NOx传感器的测试结果进行了修正。并将得到的修正模型加入到控制程序中以提高控制精度。基于NI-USB6289采集卡，在LabVIEW软件中编写了闭环模型预测控制策略的程序，根据排放法规对10%、25%、50%、75%、100%五种工况在柴油机台架上进行了排放控制实验。实验结果显示在反应器内温度达到300℃以上的情况下，NOx转化率可以达到一个较好的效果，并能有效控制NH3逃逸量，控制效果验证了本文建立的控制策略的有效性和可行性。