吉林大学学报(工学版) ›› 2018, Vol. 48 ›› Issue (4): 1055-1062.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20171213

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柴油机主-从双微元Urea-SCR系统非线性状态观测器设计与分析

宫洵1,2,3, 蒋冰晶1,2, 胡云峰1,2, 曲婷1, 陈虹1,2   

  1. 1.吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130022;
    2.吉林大学 通信工程学院,长春 130022;
    3.密歇根大学 安娜堡分校机械工程学院,安娜堡 48109
  • 收稿日期:2017-12-11 出版日期:2018-07-01 发布日期:2018-07-01
  • 通讯作者: 曲婷(1982-),女,讲师,博士.研究方向:汽车动力系统控制及驾驶员行为建模.E-mail:qut@jlu.edu.cn
  • 作者简介:宫洵(1988-),男,在站博士后.研究方向:发动机建模与控制.E-mail:gongxun10@hotmail.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(61703177); 吉林省教育厅项目(JJKH20170801KJ); 吉林省科技厅项目(20170520067JH,20180520200JH).

Design and analysis of nonlinear state observer for master-slave two cell Urea-SCR system of diesel engine

GONG Xun1,2,3, JIANG Bing-jing2, HU Yun-feng1,2, QU Ting1, CHEN Hong1,2   

  1. 1.State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control, Jilin University, Changchun 130022, China;
    2.Department of Control Science and Engineering,Jilin University, Changchun 130022, China;
    3.Department of Aerospace Engineering,Michigan University,Ann Arbo 48109,USA
  • Received:2017-12-11 Online:2018-07-01 Published:2018-07-01

摘要: 针对Urea-SCR状态反馈控制系统存在不可测状态变量的问题,首先,分析了SCR系统的化学反应机理,为了描述SCR系统的分布参数特性,给出了包含上游-下游(主-从)两个单元的SCR系统双核动力学模型;其次,利用Urea-SCR系统下游氨浓度及氮氧化物浓度的测量值,设计了非线性降维观测器估计上游氨浓度、上下氨覆盖率等不可测的状态变量,同时在Lyapunov稳定性框架下,分析了观测器的稳定性,并据此给出了保证观测器稳定的观测器增益的取值范围;最后,在发动机动力学仿真软件enDYNA中,通过FTP75循环测试工况仿真测试,验证了该方法的有效性。

关键词: 动力机械工程, 柴油发动机, 选择催化还原控制系统, 非线性观测器, 稳定性分析

Abstract: As one of the effective approaches to reduce NOx emission of diesel, Urea Selective Catalytic Reduction (Urea-SCR) can catalytically convert toxic NOx emission to nitrogen and water by accurately controlling the amount of ammonia injection. However, there still exists problem such as non-measurable states in Urea-SCR. To resolve this problem in the Urea-SCR feedback control system, first, the chemical reaction mechanism of DCR system is analyzed and a model containing both upstream and downstream (master-slave) elements is introduced. Second, a nonlinear reduced-order observer is designed to observe the non-measurable states by utilizing the concentration measurement downstream ammonia and NOx, meanwhile, the stability of the observer is analyzed and the value range of the observer parameter is calculated based on stability analysis. Finally, the effectiveness of the proposed approach is testified by simulation in enDYNA employing FTP75 cycle test procedure.

Key words: power machinery engineering, diesel engine, SCR control system, nonlinear observer, stability analysis

中图分类号: 

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