本发明专利技术公开了一种柴油机SCR系统NOx输出浓度的观测方法及观测系统。该观测系统包含：SCR系统；位于SCR系统进气端的检测NOX浓度的传感器，位于SCR系统进气端的检测NH3浓度的传感器，位于SCR系统排气端的检测NOX浓度的传感器，位于SCR系统排气端的检测NH3浓度的传感器，UKF观测算法模块，及，浓度显示模块；SCR系统进气端的检测NOX浓度的传感器、检测NH3浓度的传感器、SCR系统排气端的检测NOX浓度的传感器及检测NH3浓度的传感器的检测数据均输入到UKF观测算法模块；通过对所述的检测数据进行UKF运算，输出NOx的输出浓度至浓度显示模块。本发明专利技术通过无迹卡尔曼滤波来进行输出状态观测的方法，保证了估计浓度的精度，出色地解决了NOx传感器存在的交叉灵敏度问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柴油机尾气后处理SCR系统控制领域，涉及一种控制估计方法，具体 来说，涉及一种柴油机SCR系统NOx输出浓度的观测方法及观测系统，特别适用于柴油机尾 气后处理系统一SCR系统中对NOx输出浓度的估计观测。
技术介绍
近十年来，汽车行业中柴油发动机的市场份额一直在增长，主要是由于它在燃油 效率、耐久性和应用范围方面与汽油发动机相比具有不小的优势。但是，近些年随着地球环 境的恶化和人们环保意识的提高，柴油机尾气污染问题尤其是氮氧化物污染越来越引起人 们的关注。为了解决柴油机尾气污染问题，人们研宄开发了缸内燃烧控制，NOx捕获技术， 选择性催化还原系统（SCR)等技术。而随着排放法规的日益严格，技术的研宄深入，SCR系 统被认为是最具有前途的去除氮氧化物的一种尾气后处理技术。SCR系统被广泛应用于柴油机中来减少NOx的排放。SCR(SelectiveCatalytic Reduction)主要就是一种选择催化还原技术，它是在系统入口端喷入尿素，利用其水解出 的氨气在催化剂的作用下将NOx还原为对大气无污染的氮气和水。 如图1所示，常规的SCR系统包含：SCR系统；位于SCR系统进气端的检测叫浓 度的传感器1，位于SCR系统进气端的检测NH3浓度的传感器2,位于SCR系统排气端的检 测N0X浓度的传感器3，位于SCR系统排气端的检测NH3浓度的传感器4。 在SCR系统中，尿素的喷射是系统唯一的输入控制，而NOx和氨气的浓度被认为是 SCR控制中重要的参数，所以NOx和氨气的输出浓度对控制算法的设计至关重要。传统的输 出浓度观测一般都是借助于传感器，但是在NOx传感器测量NOx浓度时，NOx中混杂的氨气 会有一小部分氧化为N0x，导致传感器的测量存在一定的误差；此外还有一些状态观测器 被提出来解决这个问题，但是他们的观测精度并不能很好地满足实际的需求。这些问题都 会影响SCR系统的经济效益和工作效率。 因此，开发设计一种新型NOx输出状态观测器至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决SCR系统中输出NOx传感器受氨气影响测量不准问题， 而提供一种契合SCR系统的方法来尽可能地提高测量的精度。 为了达到上述目的，本专利技术提供了一种柴油机SCR系统NOx输出浓度的观测系统， 该观测系统包含： SCR系统； 位于SCR系统进气端的检测N0X浓度的传感器， 位于SCR系统进气端的检测NH3浓度的传感器， 位于SCR系统排气端的检测N0X浓度的传感器， 位于SCR系统排气端的检测NH3浓度的传感器，UKF观测算法模块， 浓度显示模块；SCR系统进气端的检测N0X浓度的传感器、检测順3浓度的传感器、SCR系统排气端 的检测N0X浓度的传感器及检测NH3浓度的传感器的检测数据均输入到UKF观测算法模块； 该UKF观测算法模块通过对所述的检测数据进行运算，输出SCR系统排气端的NOx浓度至 浓度显示模块。 上述的观测系统，其中，所述的UKF观测算法模块是指无迹卡尔曼滤波算法模块， 其包含如下步骤： 步骤1，根据SCR系统内化学反应建立状态空间模型； 步骤2,将建立的数学状态空间模型运用于UKF计算模型之中，形成UKF算法； 步骤3,运用软件编码以上提到的UKF算法，进行计算仿真，从而得出NOx的输出浓 度。 上述的观测系统，其中，所述的UKF算法分为两步： 步骤2.1，预测过程； 步骤2. 2，更新过程。 上述的观测系统，其中，所述的步骤2. 1的预测过程包含： 步骤2. 1. 1，构造sigma点：在k-1步，根据随机状态变量x的统计量和协方差 Ph构造sigma点集，公式为： 其中A表示第一个尺度参数，A=a2(nx+q)-nx，nx表示状态空间维数，n澉3; q表示第二个尺度参数，q取0或者3_nx;a设定为〇. 〇〇1 ; 步骤2. 1. 2,对sigma点进行传播计算： 其中u代表由传感器输入的检测数据； 步骤2. 1. 3,计算输出先验状态（即先验均值XyH，该先验状态是Xh与Xk中间的 一步）与误差协方差 其中，输出的先验均值计算公式为： 误差协方差PyH计算公式为：其中Q为噪声协方差，和为计算均值和协方差的加权，定义如下： 其中0为常数，取2。 上述的观测系统，其中，所述的步骤2. 2的更新过程包含： 步骤2. 2. 1，构造sigma点：根据步骤2. 1. 3计算出的先验状态估计，再次构 造sigma点，公式为：步骤2. 2. 2,计算预测输出：传播计算每个sigma点，公式为： 预测输出的计算公式如下：步骤2. 2. 3,计算卡尔曼增益Kk，公式为： 其中是预测出的输出误差协方差，是均值与预测输出交叉协方差，R是噪 声协方差； 步骤2. 2. 4,计算后验状态估计和后验协方差：在第k步，根据输出的测量值，可以 计算出后验状态xk和协方差Pk，公式为：其中Yk表示第k步的实际测量值。 上述的观测系统，其中，步骤1所述的状态空间模型为： 其中，G(f' ^x=ad，de，ox，re;ad代表正向吸附反应，de代表逆向解 吸附反应，ox代表氧化反应，re代表还原反应；CN()代表NOx的浓度，CVff3代表氨气的浓度； Cw一表示氨气入口的浓度，CN0,比表示柴油机排出尾气中NOx的浓度;F是尾气流速;V是 SCR系统的体积；T表示温度，E、K和R是常数，Cx表示x的浓度，0胃,表示催化剂上的氨气 覆盖率；0表示催化剂总的氨气覆盖率能力。 本专利技术还提供了一种采用上述的柴油机SCR系统NOx输出浓度的观测系统的观测 方法，该观测方法包括以下步骤： 步骤S1，由位于SCR系统进气端的检测N0X浓度的传感器检测NOx的输入浓度，由 位于SCR系统进气端的检测NH3浓度的传感器检测NH3的输入浓度，由位于SCR系统排气端 的检测N0X浓度的传感器检测NOx的输出浓度，由位于SCR系统排气端的检测NH3浓度的传 感器检测NH3的输出浓度； 步骤S2,将步骤1检测的N0X的输入浓度、NH3的输入浓度、N0X的输出浓度及NH3 的输出浓度输入到UKF观测算法模块进行仿真运算； 步骤S3,步骤S2计算出的N0X的输出浓度输出显示在浓度显示模块上。 上述的观测方法，其中，步骤S2中的UKF观测算法模块仿真运算方法包含： 步骤S2. 1，根据SCR系统内化学反应建立状态空间模型； 步骤S2. 2,将建立的数学状态空间模型运用于UKF计算模型之中，形成UKF算法； 步骤S2. 3,运用软件编码所述的UKF算法，进行计算仿真，从而得出NOx的输出浓 度。 上述的观测方法，其中，所述的UKF算法分为两步：步骤S2. 2当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种柴油机SCR系统NOx输出浓度的观测系统，其特征在于，该观测系统包含：SCR系统；位于SCR系统进气端的检测NOX浓度的传感器(1)，位于SCR系统进气端的检测NH3浓度的传感器(2)，位于SCR系统排气端的检测NOX浓度的传感器(3)，位于SCR系统排气端的检测NH3浓度的传感器(4)，UKF观测算法模块，浓度显示模块；其中，将所述的SCR系统进气端的检测NOX浓度的传感器(1)及检测NH3浓度的传感器(2)、SCR系统排气端的检测NOX浓度的传感器(3)及检测NH3浓度的传感器(4)的检测数据均输入到UKF观测算法模块；该UKF观测算法模块通过对所述的检测数据进行运算，输出NOx的输出浓度至浓度显示模块。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，蒋楷，孟飞，耿鹏，魏立江，祝小元，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。