本文關(guān)鍵詞：基于雙擴(kuò)展卡爾曼濾波的柴油機(jī)SCR催化器狀態(tài)及參數(shù)估計(jì)

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【摘要】：隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,目前,我國機(jī)動(dòng)車制造企業(yè)在數(shù)量以及保有量上都已成為世界第一,尤其是機(jī)動(dòng)車的生產(chǎn)、銷售數(shù)量上已經(jīng)連續(xù)6年保持世界第一。汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了非常巨大的貢獻(xiàn)。但是,汽車保有量的快速增長,除了帶來經(jīng)濟(jì)的快速增長外,也帶來了很多環(huán)境問題,尤其是機(jī)動(dòng)車的尾氣污染,顆粒物和氮氧化合物的排放。在國Ⅴ/國Ⅵ階段,選擇性催化還原反應(yīng)(SCR)作為柴油機(jī)排放后處理降低NOx的關(guān)鍵技術(shù),得到了深入的研究和廣泛的應(yīng)用。論文著重圍繞SCR催化器系統(tǒng)建模、基于SCR催化器模型的雙重?cái)U(kuò)展卡爾曼濾波(DEKF)的狀態(tài)估計(jì)器和參數(shù)估計(jì)器的設(shè)計(jì)、NH3儲(chǔ)存量,以及基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的狀態(tài)估計(jì)器跟蹤效果實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證五個(gè)方面進(jìn)行了研究。論文首先根據(jù)SCR催化器的化學(xué)機(jī)理完成了催化器實(shí)時(shí)Simulink仿真模型的建立,主要包括了催化器內(nèi)部溫度模型的搭建,NH3的選擇性催化還原反應(yīng)、NH3的氧化反應(yīng)以及NH3的吸附和解吸附反應(yīng)模型的搭建。其次,通過研究溫度和空速對(duì)NH3儲(chǔ)存量的影響,提出了NH3儲(chǔ)存量在溫度和空速共同作用下的儲(chǔ)氨量模型。基于SCR催化器的數(shù)學(xué)模型和儲(chǔ)氨量模型,設(shè)計(jì)了雙重?cái)U(kuò)展卡爾曼濾波的估計(jì)方法。該估計(jì)算法是將兩個(gè)互耦的狀態(tài)和參數(shù)的擴(kuò)展卡爾曼濾波器結(jié)合起來并行工作,將狀態(tài)估計(jì)器嵌入到參數(shù)估計(jì)器中,狀態(tài)估計(jì)和參數(shù)估計(jì)同時(shí)更新預(yù)測,使得狀態(tài)估計(jì)值更加的接近真實(shí)值。分別通過DEKF狀態(tài)估計(jì)器對(duì)催化器下游的NOx濃度、NH3濃度、NH3覆蓋度以及NH3儲(chǔ)存量進(jìn)行估計(jì)；通過DEKF參數(shù)估計(jì)器對(duì)SCR催化器非線性狀態(tài)模型中四個(gè)參數(shù)：NH3選擇性催化還原反應(yīng)速率因子、NH3氧化反應(yīng)速率因子、NH3吸附反應(yīng)速率因子以及NH3解吸附反應(yīng)速率因子進(jìn)行估計(jì)。估計(jì)過程采用發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)ETC工況的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、SCR催化器入口NOx濃度、SCR催化器入口溫度以及尿素噴射量作為SCR催化器模型的輸入,基于SCR催化器模型輸出的NOx濃度、NH3濃度和NH3覆蓋度驗(yàn)證狀態(tài)估計(jì)器估計(jì)結(jié)果的精度。固定參數(shù)估計(jì)器估計(jì)的四個(gè)參數(shù)后驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)ETC工況下狀態(tài)估計(jì)器估計(jì)的狀態(tài)和SCR催化器模型下游的NOx濃度、NH3濃度和NH3覆蓋度的匹配效果。最后省去SCR催化器模型的輸出,固定參數(shù)估計(jì)器估計(jì)的四個(gè)參數(shù),利用發(fā)動(dòng)機(jī)ETC、ESC工況下催化器上游、下游的NOx濃度和NH3濃度作為擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)狀態(tài)估計(jì)器的輸入,通過狀態(tài)估計(jì)器估計(jì)的NOx濃度和NH3濃度與實(shí)驗(yàn)測得的結(jié)果進(jìn)行比較,試驗(yàn)結(jié)果顯示：狀態(tài)估計(jì)器能夠?qū)崟r(shí)跟蹤實(shí)驗(yàn)測得的催化器下游的NOx濃度、NH3濃度,估計(jì)的結(jié)果非常好,為將來取代昂貴的NOx或NH3傳感器、優(yōu)化添藍(lán)的噴射控制策略、控制NH3泄露提供了可能性,同時(shí)也能夠?qū)BD中傳感器故障模塊研究工作提供一些參考。
【關(guān)鍵詞】：柴油機(jī)SCR后處理模型 氨氣脫附與解脫附 選擇性催化還原催化器SCR 雙擴(kuò)展卡爾曼濾波 狀態(tài)估計(jì) 參數(shù)估計(jì)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U464.172
【目錄】：

• 摘要6-8
• abstract8-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 課題研究背景和意義12-15
• 1.1.1 課題研究背景12-14
• 1.1.2 課題研究意義14-15
• 1.2 柴油機(jī)排放技術(shù)路線15-20
• 1.2.1 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化15
• 1.2.2 柴油機(jī)機(jī)外凈化(尾氣后處理技術(shù))15-20
• 1.3 SCR技術(shù)發(fā)展和國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀20-22
• 1.3.1 國外SCR技術(shù)研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.2 國內(nèi)SCR技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀21-22
• 1.4 本章小結(jié)22-23
• 第二章 Urea-SCR技術(shù)及卡爾曼濾波理論基礎(chǔ)23-31
• 2.1 Urea-SCR系統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)理論基礎(chǔ)研究23-27
• 2.1.1 SCR系統(tǒng)中主要的化學(xué)反應(yīng)23-25
• 2.1.2 NH_3選擇性催化還原反應(yīng)機(jī)理25-27
• 2.2 卡爾曼濾波及其推廣算法的理論基礎(chǔ)27-30
• 2.2.1 Kalman濾波的理論27-28
• 2.2.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波28-30
• 2.2.3 雙重?cái)U(kuò)展Kalman濾波(DEKF)30
• 2.3 本章小結(jié)30-31
• 第三章 Urea-SCR系統(tǒng)仿真模型的建立31-43
• 3.1 SCR催化器模型的建立31-33
• 3.1.1 模型的基本假設(shè)31-32
• 3.1.2 模型的參數(shù)介紹32-33
• 3.2 SCR催化器Simulink模型的建立33-41
• 3.2.1 各氣體質(zhì)量平衡方程及Simulink模型的建立33-39
• 3.2.2 一個(gè)微元的SCR催化器反應(yīng)模型39-41
• 3.3 SCR催化器模型的發(fā)動(dòng)機(jī)ETC工況實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 基于雙擴(kuò)展卡爾曼濾波的狀態(tài)及參數(shù)估計(jì)43-73
• 4.1 DEKF的介紹43-45
• 4.2 基于雙擴(kuò)展卡爾曼濾波狀態(tài)估計(jì)器和參數(shù)估計(jì)器設(shè)計(jì)45-59
• 4.2.1 SCR催化器參數(shù)模型介紹45-47
• 4.2.2 溫度和空速對(duì)NH3儲(chǔ)存量的影響47-51
• 4.2.3 SCR化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型及其狀態(tài)方程51-53
• 4.2.4 應(yīng)用雙擴(kuò)展卡爾曼濾波的狀態(tài)估計(jì)和參數(shù)估計(jì)過程53-57
• 4.2.5 DEKF狀態(tài)估計(jì)和參數(shù)估計(jì)的Matlab/Simulink仿真算法57-59
• 4.3 基于SCR催化器的狀態(tài)估計(jì)和參數(shù)估計(jì)過程59-69
• 4.3.1 參數(shù)處理59-60
• 4.3.2 ETC工況下參數(shù)估計(jì)器的參數(shù)估計(jì)過程60-62
• 4.3.3 ETC工況下狀態(tài)估計(jì)器的狀態(tài)估計(jì)過程62-64
• 4.3.4 固定參數(shù)后ETC工況下狀態(tài)估計(jì)器的狀態(tài)估計(jì)過程64-69
• 4.4 基于SCR催化器模型的穩(wěn)態(tài)工況驗(yàn)證69-72
• 4.5 本章小結(jié)72-73
• 第五章 基于擴(kuò)展卡爾曼濾波狀態(tài)估計(jì)器的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證73-79
• 5.1 基于EKF發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)工況結(jié)果驗(yàn)證73-76
• 5.2 基于EKF發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工況結(jié)果驗(yàn)證76-78
• 5.3 本章小結(jié)78-79
• 結(jié)論與展望79-81
• 致謝81-82
• 參考文獻(xiàn)82-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文87

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：927279