[發明專利]發動機選擇催化還原系統建模及智能參數辨識方法

在審

• 申請號: 202210840991.9
• 申請日: 2022-07-18
• 公開（公告）號: CN115186591A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 胡云峰;范澤川;孫耀;楊惠策;趙靖華;王博;解方喜;李小平;陳虹
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;F01N3/20;F01N11/00;G06F119/08
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 白冬冬

一種發動機選擇催化還原系統建模及智能參數辨識方法，屬于柴油機尿素SCR排放后處理技術領域。本發明的目的是設計了一種簡化的SCR模型，有效利用了最大氨吸附能力的信息，并提供了一種快捷的參數辨識方法，顯著提高了模型精度的發動機選擇催化還原系統建模及智能參數辨識方法。本發明的步驟是：建立簡化的三階尿素SCR系統模型，確定催化劑最大氨吸附能力與溫度的映射關系，確定待辨識參數，構建參數辨識適應度函數，確定智能優化算法的參數，使用智能優化算法對系統進行參數辨識。本發明可以用于不同類型的SCR系統，提出了高精度的降階SCR模型，有效的利用了最大氨吸附能力的信息，在速度和精度上表現良好。

技術領域

本發明屬于柴油機尿素SCR排放后處理技術領域。

背景技術

柴油發動機的經濟性好、動力性強，一直是重型車領域研發的重點對象，但是目前的柴油發動機技術存在著氮氧化物(NO_x)排放較多的問題。我國2019年10月提出的國家標準《重型柴油車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》要求：在WHTC(WorldHarmonized Transient Cycle，全球統一瞬態試驗循環)工況下，氮氧化物的排放量不得超過0.46g/kwh。原有的機內凈化技術已經不能滿足日益嚴格的排放法規，而柴油發動機尾氣后處理系統可以很好的解決這個問題，這其中選擇性催化還原技術(Selective CatalyticReduction,SCR)是一種最有發展前景的技術。

SCR利用尿素作為還原劑催化還原柴油機尾氣中的NO_x，為了在保證SCR在處理掉大部分NO_x的前提下，盡量減少氨(NH₃)逃逸和尿素消耗量，傳統的開環控制、查map等控制方法已經很難滿足需求，而基于模型的控制方法日益完善，具有良好的性能和發展前景。設計開發面向控制的SCR模型，是實現基于模型控制方法的基礎。傳統的四階模型過于復雜，難以實現高實時性的在線優化；而目前的一些降階模型則由于過度簡化損失了精度，無法充分體現SCR系統的特性。

由于SCR系統是非線性系統，不能使用最小二乘法、極大似然法、卡爾曼濾波等參數辨識方法，而傳統的非線性系統參數辨識方法如：非線性最小二乘法、遺傳算法、粒子群算法的辨識速度和精度難以滿足要求。如今，新型的智能優化算法層出不窮，應用這些先進的算法完成非線性系統的參數辨識任務在速度和精度上都更有優勢，進而滿足在線辨識的需求。

專利CN108229091A公開了一種SCR后處理系統化學反應動力學模型的搭建方法，該方法合理降階了傳統四階模型。但是，由于該方法需要估計化學反應速率的快慢，為系統添加了不確定的因素，且沒有利用最大氨吸附能力的信息。

專利CN104033217A公開了一種測量SCR催化劑上氨存儲的方法，該方法考慮到了系統最大氨吸附的能力，以及對逃逸的氨進行測量的方法。但該發明并沒有具體給出測量最大氨吸附能力的方法，且并沒有闡述最大氨吸附能力和溫度的關系。

專利CN209118774U公開了一種基于尿素噴射量的SCR控制參數離線標定系統，可以依照流程離線辨識SCR模型的各項參數。但該發明并未給出具體的SCR模型以及配套的參數辨識方法。

綜上所述，雖然目前公開的專利已經涉及了一些SCR模型的降階方法，但是都沒有考慮過最大氨吸附能力與溫度的映射關系，且沒有提供適用的參數辨識方法。為了在實際工程項目中方便快捷地建立高精度的SCR模型，必須要面臨以下問題和挑戰。

主要挑戰和問題包括：1.如何利用最大氨吸附能力的信息，如何確定最大氨吸附能力和催化劑床溫度的函數關系是一個挑戰；2.如何建立SCR降階模型，在不損失精度的前提下提升模型的速度是一個挑戰；3.SCR系統是一個非線性系統，選取什么樣的參數辨識策略，如何選取待辨識參數，如何調節算法的參數又是一個挑戰。

發明內容