[发明专利]柴油机Urea-SCR系统氨喷射速率和状态同步估计方法

说明书

公开了一种柴油机Urea‑SCR系统氨喷射速率和状态同步估计方法，本公开首先对一般非线性系统提出高增益观测器设计方法，能同时获得系统的状态及未知参数估计，该方法不需要对输出求导，仅假设这些输入动态性是有界的，对这些未知输入如何变化没有任何假设。根据上述方法对Urea‑SCR系统进行了高增益观测器设计，能获得Urea‑SCR系统的氨喷射速率和NOx浓度、NH₃浓度、氨覆盖率等状态的同步估计。ETC测试循环仿真及误差分析结果表明本发明所设计的高增益观测器具有较高的估计精度，这些估计信息可用于Urea‑SCR系统故障诊断，也可用于全状态反馈控制策略或自适应控制策略，能省掉安装传感器的成本。

技术领域

本公开涉及发动机领域，具体地指一种柴油机Urea-SCR系统氨喷射速率和状态同步估计方法。

背景技术

选择性催化还原(SCR)技术因其高效率、高选择性、高经济性及耐硫等优点，被广泛用于中重型柴油车NOx排放控制。若要满足最新的国六排放法规要求，需要柴油机后处理系统采用闭环反馈控制策略以降低标定工作量并改善瞬态控制性能。

Urea-SCR系统的闭环反馈控制策略通常需要催化器出口状态信息进行反馈以修正控制变量。另一方面，氨喷射速率是Urea-SCR系统控制中的一个重要参数，但是随Urea-SCR系统服役时间增加，实际的氨喷射速率和氨存储能力会因系统的老化而发生变化，这种变化通常是慢时变、不确定量的，获得实际的氨喷射速率信息对Urea-SCR系统控制策略的设计至关重要。

工程应用中一般是借助于传感器的测量值作为反馈信息，但是利用传感器测量得到控制器所需的全部状态是不可能的，并且成本较高。虽然NOx传感器已被广泛用于柴油机，但目前市面上的氨传感器由于技术不成熟，品类较少，成本贵，并未被大量普及；同时，氨覆盖率是Urea-SCR系统控制的一个重要状态，但目前还没有设备或传感器可直接获得氨覆盖率的测量值。在非线性可观系统中，如果并不是所有状态都可量测，而是仅有输出的部分状态可量测时，通过设计观测器能提供渐近趋近于不可量测状态的估计，同时也能省掉安装传感器的成本。

大部分的研究设计的状态观测器主要用来获得催化器内部的氨覆盖率、NOx浓度、NH₃浓度等状态的估计值，所提出的观测器不能提供未知输入的任何信息，在这些观测器中，通常把Urea-SCR系统的氨喷射速率当作已知参数，但是研究发现，随着Urea-SCR系统服役时间的增加，实际的氨喷射速率可能会随系统的老化而发生性能变化，这种变化可能是慢时变、不确定量的，通常需要将其视为未知参数，目前尚没有研究涉及氨喷射速率和催化器内部状态同步估计情况。

发明内容

公开了一种柴油机Urea-SCR系统氨喷射速率和状态同步估计方法，首先对一般非线性系统提出高增益观测器设计方法，能同时获得系统的状态及未知参数估计，该方法不需要对输出求导，仅假设这些输入动态性是有界的，对这些未知输入如何变化没有任何假设。然后根据上述方法对Urea-SCR系统进行了高增益观测器设计，能获得Urea-SCR系统的氨喷射速率和NOx浓度、NH₃浓度、氨覆盖率等状态的同步估计。

根据本公开实施例的一方面，提供一种非线性系统高增益观测器设计方法，包括：

(1)采用非线性系统进行高增益观测器设计，所述非线性系统输入分为已知输入和未知输入两部分，仅要求所述未知输入是有界绝对连续函数，对所述未知输入如何变化无需任何假设，所述非线性系统的状态向量中前p个向量是可测向量，所述非线性系统的输出为可测量的输出。

(2)设计所述高增益观测器来估计所述未知输入时，需考虑以下假设：

1)所述非线性系统的状态、所述未知输入、所述已知输入均是有界的；

2)所述非线性系统的测量值可分成两部分；

3)所述未知输入的时间偏导是有界的。