[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

权利要求书

1.一种柴油机Urea-SCR系统氨喷射速率和状态同步估计方法，其特征在于，利用非线性系统高增益观测器设计方法设计Urea-SCR系统的高增益观测器，同时获得Urea-SCR系统氨喷射速率以及内部NO_X、NH₃浓度、氨覆盖率状态估计；

所述非线性系统高增益观测器设计方法包括：

1.1所述非线性系统为：

其中

状态x∈Rⁿ是n维实向量，有x^k∈R^nk，k＝1,…,q，并且q＝n₁≥n₂≥…≥n_q，未知输入v∈R^m是m维实向量，其为有界绝对连续函数；已知输入u∈R^s-m是s-m维实向量，控制输入总维数为s；为单位矩阵；系统输出是n₁维实向量；所述状态向量x中前p个向量是可测向量；

1.2假设条件为：

(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；

对每个函数f^k(u,v,x)，k＝1,…,q-1，要求其秩满足

此外，对两个正标量α_f和β_f，有

为单位矩阵；

(2)将测量值x¹分成两部分

其中是m₁维实向量，是p-m₁维实向量，m≤m₁＜p，并且

同时，需要满足以下条件一和条件二：

所述条件一为：I_m为单位矩阵；

所述条件二为：α_v和β_v是两个正数；

(3)所述未知输入的时间偏导定义为ξ(t)，且所述时间偏导是有界的；

1.3利用状态划分和输入，将所述非线性系统转化为式(3)所示的一个增广系统；

其中，是所述增广系统的状态向量，分量

1.4根据所述1.1-1.3设计所述非线性系统的高增益观测器，以获得所述非线性系统的未知参数和状态估计，所述高增益观测器模型见式(4)；

其中

k＝2,…,q，

(其中i＝1,2,…q，j＝q)，

I均为单位矩阵；

利用所述非线性系统高增益观测器设计方法设计Urea-SCR系统的高增益观测器，Urea-SCR系统状态方程如下：

将C_NH3,in看作未知输入，选取有

其中，和分别是催化器入口NH₃和NOx气体浓度；和分别是催化器出口NH₃和NOx气体浓度；是氨覆盖率；是氨存储能力；k_i和E_i(i＝ads,des,red,oxi分别为吸附、脱附、SCR反应、NH₃氧化反应下标)为指前因子和活化能；定义R是宇宙气体常数，T为催化器温度；F是废气体积流速；V是催化器体积；

设计的Urea-SCR系统高增益观测器如下：

所述公式(6a)、(6c)和(6d)分别用于SCR催化器内部状态变量NH₃浓度、NOx浓度以及氨覆盖率的估计，所述公式(6b)用于估计未知输入是氨输入浓度，单位为mol/m³；

其中，分别是和的估计值；β₁和β₂为保证观测器误差渐近收敛到零的观测器增益，取正值；

通过以下公式(6e)将氨输入浓度转换成氨喷射速率，得到氨喷射速率的估计；

其中，为氨喷射速率估计值；R_s,EG为废气气体常数；P_amb为大气压力；为废气质量流速。