CN110276167A - 一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法，主要发明内容包括接收尿素SCR系统的状态；由NO_x排放限值得到氨覆盖率下界；由NH₃排放限值得到氨覆盖率上界；求得氨覆盖率参考目标。本发明提出的氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法，能够根据实时状态动态生成氨覆盖率参考目标，同时考虑到了排放限值和系统老化程度。

Description

一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法

技术领域

本发明属于尿素SCR排放后处理系统状态估计控制技术领域，具体涉及一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法。

背景技术

随着全世界范围内针对NO_x排放越来越严格的法规出台，多种为降低NO_x的排放后处理系统面世了。这些技术就包括尿素选择性催化还原(SCR)系统。在我国，目前的实际国情是燃油中硫含量较高，而且许多种排放控制技术推广都受到限制。所以，凭借其对硫的敏感性较低的特性，尿素SCR排放后处理技术在我国的发展更具优势。尿素SCR技术的基本原理是利用NO_x与氨(NH₃)之间的氧化还原反应，而所用的氨一般都来源于32.5％的尿素溶液(添蓝溶液)。虽然氨能够还原NO_x，但其较高的排放也是对人体有害的，并且有着刺鼻的气味。为实现较高的NO_x转化效率，要有充分的氨作为还原剂；但是，这一点反过来会增加氨的逃逸量，这一矛盾成为了尿素SCR系统研究面临的主要挑战之一。

目前更为普遍的共识是，通过改进尿素喷射控制技术达到上述目标，是一种较便捷且经济的方法。一部分尿素喷射反馈控制是基于NO_x传感器的，但NO_x传感器对氨有交叉敏感性。最近，德尔福公司推出了NH₃传感器，但由于其还未被量产，在实际的工业应用中很少用到。这就使得单独的NO_x和NH₃反馈都很难达到理想的控制目的。于是，有学者提出了一种综合的反馈方法，即以氨覆盖率为反馈控制目标。

但是，氨覆盖率参考目标很难确定。尽管针对此问题，有学者已经提出了一些方法。但当前的氨覆盖率参考目标问题，依然面临以下挑战：1、根据尿素SCR系统的实时状态动态生成氨覆盖率参考目标；2、氨覆盖率参考目标的产生考虑排放限值。3、氨覆盖率参考目标的产生考虑系统老化程度。

发明内容

本发明的目的是要提出一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法，能够根据实时状态动态生成氨覆盖率参考目标，同时考虑到了排放限值和系统老化程度。

本发明提出的一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法，其特征在于包括以下步骤：

一、建立面向控制的两核八阶尿素SCR系统模型：

其中：

表1和表2分别显示了模型中所有常量和变量的相关定义及参数名义参考值，

表1常量命名法

表2变量命名法

单核尿素SCR系统结构能够大致表述系统化学反应；然而，要想精确地描述尿素SCR系统化学反应动态特性，级联的多核结构是必不可少的；而且，有学者经过试验验证指出，至少需要两核结构，为了更好地描述尿素SCR系统沿催化器轴向的状态分布特性，同时对模型复杂程度保持一个可操作的水平，本发明提出一种由主从两个单元构成的模型，

基于公式(1)的单核模型和气体成分的流量与浓度关系公式(3)，提出了一个面向控制的两核八阶尿素SCR系统模型，如公式(4)所示：

二、由排放限值动态生成氨覆盖率参考目标

本发明假设尿素SCR系统处在较好的热管理控制条件下，氨覆盖率的上界需求总会比下届需求高，为了推导出氨覆盖率的参考目标的上下界，由公式(4)可以推导出部分NO_x，NH₃的浓度动态如下：

由于和的动态变化要比的动态更快，公式(5)可以推导得到：

由于本发明提出NO_x转化率在92％以上，根据公式(6a)和(6b)可以得到不等式：

其中，被定义为8％的由公式(7)可以得到氨覆盖率的下界为：

其中，

本发明提出的氨逃逸限值为由公式(6c)可得：

为了同时满足上限和下限的要求，即同时满足较高的NO_x转化率和较低的氨逃逸，可以将氨覆盖率参考目标定义为：

为了考虑到尿素SCR系统老化程度对状态的影响，最终实时调整的氨覆盖率参考目标为：

其中，α为系统老化因子。

本发明的优点和技术效果是：

1、能够根据尿素SCR系统的实时状态动态生成氨覆盖率参考目标；

2、氨覆盖率参考目标的产生考虑到了排放限值。

3、氨覆盖率参考目标的产生考虑到了系统老化程度。

附图说明

图1是一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法流程图。

图2是一种氨覆盖率参考目标动态产生器控制效果图。

具体实施方式

本发明提出的一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法，其特征在于

包括以下步骤：

一、建立面向控制的两核八阶尿素SCR系统模型：

其中：

表1和表2分别显示了模型中所有常量和变量的相关定义及参数名义参考值，

表1常量命名法

表2变量命名法

单核尿素SCR系统结构能够大致表述系统化学反应；然而，要想精确地描述尿素SCR系统化学反应动态特性，级联的多核结构是必不可少的；而且，有学者经过试验验证指出，至少需要两核结构，为了更好地描述尿素SCR系统沿催化器轴向的状态分布特性，同时对模型复杂程度保持一个可操作的水平，本发明提出一种由主从两个单元构成的模型，

基于公式(1)的单核模型和气体成分的流量与浓度关系公式(3)，提出了一个面向控制的两核八阶尿素SCR系统模型，如公式(4)所示：

二、由排放限值动态生成氨覆盖率参考目标

本发明假设尿素SCR系统处在较好的热管理控制条件下，氨覆盖率的上界需求总会比下届需求高，为了推导出氨覆盖率的参考目标的上下界，由公式(4)可以推导出部分NO_x，NH₃的浓度动态如下：

由于和的动态变化要比的动态更快，公式(5)可以推导得到：

由于本发明提出NO_x转化率在92％以上，根据公式(6a)和(6b)可以得到不等式：

其中，被定义为8％的由公式(7)可以得到氨覆盖率的下界为：

其中，

本发明提出的氨逃逸限值为由公式(6c)可得：

为了同时满足上限和下限的要求，即同时满足较高的NO_x转化率和较低的氨逃逸，可以将氨覆盖率参考目标定义为：

为了考虑到尿素SCR系统老化程度对状态的影响，最终实时调整的氨覆盖率参考目标为：

其中，α为系统老化因子。

本发明提出的一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法，具体实施方式如图1所示，包括以下几个步骤：1)接收尿素SCR系统的和T信号以及系统老化因子α；2)由NO_x排放限值得到氨覆盖率下界3)由NH₃排放限值得到氨覆盖率上界4)动态生成氨覆盖率参考目标在瞬态测试循环下，具体的控制效果如图2所示。氨覆盖率参考目标“idealtarget”，在整个瞬态循环测试区间内，始终处于氨覆盖率下界“minimumlimit”和氨覆盖率上界“maximumlimit”之间。

Claims (1)

1.一种氨覆盖率参考目标动态产生器设计方法，其特征在于包括以下步骤：

一、建立面向控制的两核八阶尿素SCR系统模型：

其中：

表1和表2分别显示了模型中所有常量和变量的相关定义及参数名义参考值，

表1常量命名法

表2变量命名法

单核尿素SCR系统结构能够大致表述系统化学反应；然而，要想精确地描述尿素SCR系统化学反应动态特性，级联的多核结构是必不可少的；而且，有学者经过试验验证指出，至少需要两核结构，为了更好地描述尿素SCR系统沿催化器轴向的状态分布特性，同时对模型复杂程度保持一个可操作的水平，本发明提出一种由主从两个单元构成的模型，

基于公式(1)的单核模型和气体成分的流量与浓度关系公式(3)，提出了一个面向控制的两核八阶尿素SCR系统模型，如公式(4)所示：

二、由排放限值动态生成氨覆盖率参考目标

本发明假设尿素SCR系统处在较好的热管理控制条件下，氨覆盖率的上界需求总会比下届需求高，为了推导出氨覆盖率的参考目标的上下界，由公式(4)可以推导出部分NO_x，NH₃的浓度动态如下：

由于和的动态变化要比的动态更快，公式(5)可以推导得到：

由于本发明提出NO_x转化率在92％以上，根据公式(6a)和(6b)可以得到不等式：

其中，被定义为8％的由公式(7)可以得到氨覆盖率的下界为：

其中，

本发明提出的氨逃逸限值为由公式(6c)可得：

为了同时满足上限和下限的要求，即同时满足较高的NO_x转化率和较低的氨逃逸，可以将氨覆盖率参考目标定义为：

为了考虑到尿素SCR系统老化程度对状态的影响，最终实时调整的氨覆盖率参考目标为：

其中，α为系统老化因子。