本文關(guān)鍵詞：面向控制的DOC建模研究

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【摘要】：隨著環(huán)境問題受到越來越廣泛的關(guān)注,發(fā)動機排放控制已成為全社會關(guān)注的熱點。傳統(tǒng)的機內(nèi)凈化技術(shù)已無法滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī),只能采用加裝額外的后處理裝置來降低有害尾氣的排放。氧化催化器(DOC)是重型柴油機后處理系統(tǒng)中的重要組成部分,其作用除了通過氧化反應(yīng)消除發(fā)動機尾氣中的CO、NO和HC外,還可以通過控制燃油后噴,控制其內(nèi)部的氧化反應(yīng)放熱,從而實現(xiàn)其下游溫度的控制,為顆粒捕集器(DPF)主動再生創(chuàng)造條件。通過控制燃油后噴,實現(xiàn)DOC下游溫度的精確控制是典型的閉環(huán)控制問題,而其高性能控制策略設(shè)計的基礎(chǔ)就是面向控制的DOC溫度場模型。面向控制的模型一方面要求模型能比較準(zhǔn)確地體現(xiàn)被控對象的瞬態(tài)特性,而另一方面又要求模型可以實時求解,所以傳統(tǒng)的計算流體力學(xué)(CFD)模型與DOC的穩(wěn)態(tài)實驗特性都無法用于面向控制的建模工作。本文正是針對以上面向控制的需求,以柴油機后處理系統(tǒng)DOC為研究對象,進(jìn)行了較為深入的DOC建模工作的研究,具體工作包括:首先,總結(jié)了面向控制的DOC主要建模方法,詳細(xì)推導(dǎo)了面向控制的DOC一維模型。基于對DOC建模國內(nèi)外研究的詳細(xì)調(diào)研,深入分析了DOC的工作機理及其內(nèi)部影響溫度場分布的主導(dǎo)物理化學(xué)過程,利用流體力學(xué),傳熱學(xué),化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的基本原理,建立了描述DOC內(nèi)部溫度場沿軸向一維分布參數(shù)模型,采用有限體積法,將以上偏微分方程組進(jìn)行空間離散化,推導(dǎo)了DOC的一維軸向離散模型,并將該模型作為本文主要的研究對象。利用軟件完成了不同DOC模型的搭建。借助Simulink軟件,搭建完成了以上推導(dǎo)得到的DOC一維軸向離散化模型,同時搭建了另一種面向控制常見的“一階+延時”的DOC零維模型。為了校驗一維模型和零維模型的合理性及仿真性能,借助Fire軟件搭建完成了DOC的三維溫度場模型。對不同模型的性能進(jìn)行了仿真對比。仿真工況包括上游溫度為理想的階躍工況和一段ETC工況兩種工況。對仿真結(jié)果的穩(wěn)態(tài)特性,瞬態(tài)響應(yīng)過程和溫度場的空間分布分別進(jìn)行了對比和分析,總的來說本文推導(dǎo)的一維離散化模型和CFD模型的仿真結(jié)果比較接近,都能較好地體現(xiàn)DOC溫度場的瞬態(tài)變化過程和溫度場分布,零維“一階+延遲”模型相對誤差略大,且不能計算DOC溫度場的空間分布特征。提出并設(shè)計調(diào)試完成了一種基于電路的一維離散化DOC模型。雖然本文推導(dǎo)得到DOC一維離散模型可以一定程度上實現(xiàn)在DOC溫度場空間分布和計算量上的折中,但其計算量仍受到有限體積單元數(shù)的影響,會占用較大的控制器計算資源,所以本文提出了一種基于電路的DOC模型,通過電路本身的瞬態(tài)特性模擬DOC一維離散模型的輸出特性,這樣該模型無需占用計算資源,可以在模型中采用更多的有限單元數(shù)用于增加模型的仿真精度而不影響模型的實時響應(yīng)特性,非常適用于DOC控制器的硬件在環(huán)測試。通過軟硬件的設(shè)計和調(diào)試,完成了該電路模型原型的試制,并通過試驗初步驗證了該模型的可行性。
【關(guān)鍵詞】：氧化催化器 建模 分布參數(shù) 硬件在環(huán) 仿真
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK423
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 氧化催化器（DOC）的介紹14-18
• 1.2.1 DOC的結(jié)構(gòu)介紹15-17
• 1.2.2 DOC的工作機理17-18
• 1.3 DOC技術(shù)的研究18-19
• 1.3.1 國內(nèi)DOC技術(shù)的研究18-19
• 1.3.2 國外DOC技術(shù)的研究19
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容及意義19-22
• 第2章 DOC溫度場的數(shù)學(xué)建模22-38
• 2.1 DOC溫度場中的物理化學(xué)過程分析22-23
• 2.2 DOC溫度場的數(shù)學(xué)表達(dá)及其簡化23-27
• 2.2.1 DOC溫度場的數(shù)學(xué)表達(dá)23-26
• 2.2.2 DOC溫度場數(shù)學(xué)模型的簡化26-27
• 2.3 一維溫度場模型的軟件建模與求解27-32
• 2.4 DOC三維模型的軟件建模與求解32-36
• 2.4.1 三維建模34-35
• 2.4.2 求解方法35-36
• 2.5 本章小結(jié)36-38
• 第3章 DOC不同模型的仿真結(jié)果與對比分析38-48
• 3.1 三維溫度場模型的仿真結(jié)果與分析38-42
• 3.1.1 初始參數(shù)和邊界條件38
• 3.1.2 三維模型仿真結(jié)果與分析38-42
• 3.2 一維溫度場模型的仿真結(jié)果分析42-45
• 3.2.1 一維溫度場模型參數(shù)辨識42-43
• 3.2.2 一維溫度場的仿真結(jié)果及分析43-45
• 3.3 不同仿真結(jié)果的對比分析45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 DOC硬件在環(huán)模型的設(shè)計與實現(xiàn)48-72
• 4.1 熱電相似性與實時電路仿真模型48-50
• 4.1.1 熱電相似性48-50
• 4.1.2 實時電路仿真模型50
• 4.2 DOC電路模型的理論推導(dǎo)50-52
• 4.3 DOC電路模型的實現(xiàn)52-57
• 4.3.1 DOC電路模型的方案設(shè)計52
• 4.3.2 DOC電路模型的硬件設(shè)計52-57
• 4.4 DOC硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的設(shè)計57-68
• 4.4.1 仿真系統(tǒng)的硬件設(shè)計58-66
• 4.4.2 仿真系統(tǒng)軟件設(shè)計66-68
• 4.5 電路硬件在環(huán)模型的試驗測試68-70
• 4.6 本章小結(jié)70-72
• 第5章 全文總結(jié)72-74
• 5.1 研究工作總結(jié)72-73
• 5.2 本文的創(chuàng)新之處73
• 5.3 工作展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 作者簡介及科研成果80-82
• 致謝82

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 管文軍;宋崇林;張清茂;呂剛;;鈣鈦礦催化劑提升POC污染物凈化性能研究[J];工程熱物理學(xué)報;2015年12期

2 黃靖;陸景松;;半導(dǎo)體溫控系統(tǒng)性能的等效電路分析[J];機電信息;2015年18期

3 樓狄明;林浩強;譚丕強;胡志遠(yuǎn);;氧化催化轉(zhuǎn)化器對柴油機顆粒物排放特性的影響[J];同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年06期

4 王麗娜;;汽車尾氣污染的生成機理和影響因素以及治理方法[J];科技展望;2015年11期

5 汪文博;陳陽生;;永磁同步電機的熱路分析及熱阻參數(shù)測試[J];機電工程;2014年09期

6 黃開勝;張堯;馬晗清;歐陽倩瑜;;基于數(shù)學(xué)模型的DPF再生控制策略仿真和優(yōu)化[J];汽車技術(shù);2014年05期

7 馮謙;樓狄明;計維斌;譚丕強;胡志遠(yuǎn);;DOC/DOC+CDPF對重型柴油機氣態(tài)物排放特性的影響研究[J];內(nèi)燃機工程;2014年04期

8 黃開勝;馬晗清;;基于Simulink和AVL Boost的DPF再生系統(tǒng)建模和控制策略研究[J];內(nèi)燃機工程;2013年S1期

9 劉剛;阮班義;林杰;楊敏;張鳴;許志澄;;架空導(dǎo)線動態(tài)增容的熱路法穩(wěn)態(tài)模型[J];高電壓技術(shù);2013年05期

10 張鵬;宋保維;杜曉旭;;仿生撲翼UUV流體動力數(shù)值計算[J];計算機仿真;2013年01期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張輝;轎車柴油機微粒捕集器工作過程數(shù)值模擬及再生控制策略研究[D];吉林大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 馬晗清;柴油機微粒捕集器再生系統(tǒng)建模和控制策略研究[D];清華大學(xué);2013年

2 張孝武;氧化催化器流體數(shù)值模擬與排放試驗[D];昆明理工大學(xué);2011年

3 劉曉明;納米金催化劑上三種重要化學(xué)反應(yīng)過程的機理研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2011年

4 霍少峰;柴油機氧化催化器及顆粒物氧化催化器對排放特性的影響[D];天津大學(xué);2010年

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本文編號：834557