一种scr反应器温度的控制方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种SCR反应器温度的控制方法和装置，所述控制方法包括：根据SCR反应器前的实验测试温度和有延迟一阶惯性环节拟合的两点法，构建SCR动态温度模型；根据所述SCR动态温度模型的特性，Smith预估器计算得出补偿值；所述补偿值能够消除所述SCR动态温度模型中的滞后环节；计算SCR反应器的预设温度减去SCR动态温度模型的输出与所述补偿值之和所得的差值；接收含有所述差值的反馈信号，根据所述差值计算发动机的后喷油量，并将带有所述发动机的后喷油量的信号发送给发动机，控制发动机按照所述后喷油量进行后喷，以控制SCR反应器的温度。该方法提高了SCR反应器温度控制的稳定性。
【专利说明】—种SCR反应器温度的控制方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机尾气处理技术，尤其涉及一种SCR反应器温度的控制方法和装置。
【背景技术】
[0002]为了降低发动机尾气排放中的氮氧化合物，目前最有效的方式是对发动机的尾气进行选择性催化还原反应即SCR反应，使尾气中的氮氧化合物与尿素反应生成氨气和水，从而降低排放到大气中氮氧化合物。
[0003]在进行SCR反应时，SCR反应器中的催化剂的催化效率与SCR反应器内的温度有很大的关系。SCR反应器内的温度过高过低均会降低SCR反应的催化效率，因此，为了保证SCR反应的催化效率，要控制SCR反应器内的温度在一定合适的范围内。
[0004]目前，控制SCR反应器温度的方法是以SCR反应器的温度设定值与SCR反应器前实际温度测量值的差值作为PID控制器的反馈信号，然后PID控制器根据该反馈信号计算得到发动机的后喷油量的控制信号，使发动机根据该后喷油量信号进行后喷，利用后喷来提高发动机的尾气温度，从而达到控制SCR反应器的温度的目的。但是，SCR反应器一般安装在颗粒物的氧化催化装置DOC和颗粒捕集器DPF之后，发动机排出的尾气达到SCR反应器的管路较长，尾气在管路的传输过程中，会有热量的损失，并且DOC内和DPF内的反应热也会导致尾气温度的变化。所以，SCR反应器温度控制属于大滞后、大惯性环节，因此，现有的直接利用PID控制器闭环控制SCR反应器温度的方法会导致SCR反应器内的温度不稳定以及出现超调或响应速度过慢的问题。
【发明内容】
[0005]为了解决SCR反应器内的温度不稳定以及出现超调或响应速度过慢的问题，本发明的第一方面提供了一种SCR反应器温度的控制方法。
[0006]基于本发明的第一方面，本发明还提供了一种SCR反应器温度的控制装置。
[0007]为了达到上述发明目的，本发明采用了如下技术方案:
[0008]一种SCR反应器温度的控制方法，包括:
[0009]根据SCR反应器前的实验测试温度和有延迟一阶惯性环节拟合的两点法，构建SCR动态温度模型，所述SCR动态温度模型含有滞后环节；
[0010]根据所述SCR动态温度模型的动态特性，Smith预估器计算得出补偿值；所述补偿值能够消除所述SCR动态温度模型中的滞后环节；
[0011]计算SCR反应器的预设温度减去SCR动态温度模型的输出与所述补偿值之和所得的差值；
[0012]接收含有所述差值的反馈信号，根据所述差值计算发动机的后喷油量，并将带有所述发动机的后喷油量的信号发送给发动机，控制发动机按照所述后喷油量进行后喷，以控制SCR反应器的温度。
[0013]优选地，所述SCR动态温度模型还包括一阶惯性环节。
[0014]优选地，所述SCR动态温度模型的传递函数为:
Ke~w
[0015]Cfτ* =.l + Ts，
[0016]其中，K表示传递函数增益，T表示时间常数，τ表示延迟时间，s是拉普拉斯变换中的复参数。
[0017]优选地，所述Smith预估器的传递函数如下:
[0018]Cr —-(I ~€ °) j
*I+ Ts- /
[0019]其中，K表示传递函数增益，T表示时间常数，τ表示延迟时间，s是拉普拉斯变换中的复参数。
[0020]优选地，通过PID控制器执行接收含有所述差值的反馈信号、计算发动机的后喷油量、并将带有所述发动机的后喷油量的信号发送给发动机，控制发动机按照所述后喷油量进行后喷，以控制SCR反应器的温度的步骤。
[0021]一种SCR反应器温度的控制装置，包括:
[0022]构建SCR动态温度模型单元，用于根据SCR反应器前的实验测试温度和有延迟一阶惯性环节拟合的两点法构建SCR动态温度模型；所述SCR动态温度模型含有滞后环节；
[0023]第一计算单元，用于根据所述SCR动态温度模型的动态特性，Smith预估器计算得出补偿值；所述补偿值能够消除所述SCR动态温度模型中的滞后环节；
[0024]第二计算单元，用于计算SCR反应器的预设温度减去SCR动态温度模型的输出与所述补偿值之和所得的差值；
[0025]控制单元，用于接收含有所述差值的反馈信号，根据所述差值计算发动机的后喷油量，并将带有所述发动机的后喷油量的信号发送给发动机，控制发动机按照所述后喷油量进行后喷，以控制SCR反应器的温度。
[0026]优选地，所述SCR动态温度模型的传递函数为:
ΓΠΠ07? /*3 — _
LUUZ /」................................—.If , rrf ?
1 + ?
[0028]其中，K表示传递函数增益，T表示时间常数，τ表示延迟时间，s是拉普拉斯变换中的复参数。
[0029]优选地，所述Smith预估器的传递函数如下:
[0030]G,
*1 + ?1 f
[0031]其中，K表示传递函数增益，T表示时间常数，τ表示延迟时间，s是拉普拉斯变换中的复参数。
[0032]优选地，所述控制单元为加Smith预估器的PID控制器，其中，所述控制单元的传递函数可表示为:
P — K 1、Ke zs — K
Γ Λ\Λ\ O O H ( y '—...............1 I ^ I rnmrrnm-.................................L 」ρ l + TsX 1 1 + R I+ Ts
ο
[0034]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:
[0035]本发明提供的SCR反应器温度的控制方法中，Smith预估器根据构建的SCR动态模型的动态特性计算得到能够补偿SCR动态温度模型中的滞后环节的补偿值，并将SCR反应器的预设温度减去SCR动态温度模型的输出与所述补偿值之和所得的差值作为PID控制器的反馈信号，这样就使滞后的被控量超前反应在PID控制器上，从而减少或消除了 SCR反应器温度控制的滞后性，减少了 PID控制器控制SCR反应器温度的超调，提高了 SCR反应器的响应速度，进而提高了 SCR反应器温度控制的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]为了清楚地理解本发明的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0037]图1是本发明实施例提供的SCR反应器温度的控制方法流程示意图；
[0038]图2是本发明实施例提供的SCR反应器温度的控制方法的控制总体框图；
[0039]图3是本发明实施例提供的SCR反应器温度的控制方法中的传递函数框图；
[0040]图4是本发明实施例提供的SCR反应器温度的控制装置示意图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图对本发明实施例提供的SCR反应器温度的控制方法的【具体实施方式】进行详细描述。
[0042]参见图1，图1是本发明实施例提供的SCR反应器温度的控制方法流程示意图。如图1所示，该控制方法包括以下步骤:
[0043]S101、根据SCR反应器前的实验测试温度和有延迟一阶惯性环节拟合的两点法，构建SCR动态温度模型，所述SCR动态温度模型含有滞后环节:
[0044]通常情况下，本【技术领域】采用发动机的后喷控制发动机尾气的排放温度，但是SCR反应器通常位于颗粒物的氧化催化装置DOC和颗粒捕集器DPF之后，发动机尾气传输到SCR反应器的过程中，在经过的管路中存在热量损失，并且DOC和DPF在反应过程中会放热，所以，这些因素会影响达到SCR反应器的尾气温度，从而导致SCR温度控制过程属于大滞后、大惯性环节。
[0045]需要说明的是，所述后喷是发动机多次喷射的一种，其位于主喷滞后的一次喷射，用于提高发动机的尾气排放温度。其中，主喷主要用来做功。
[0046]在考虑上述所述的管路的热量损失、DOC以及DPF的反应放热等影响尾气温度的因素的前提下，通过多次实验测量SCR反应器前的实际温度，根据有延迟的一阶惯性环节拟合的两点法，构建SCR动态温度模型，由于SCR温度控制属于滞后环节，所以，构建的SCR动态温度模型中包括滞后环节。需要说明的是，所述SCR动态温度模型与SCR处理器的长度、表面积、废气流量、环境温度等因素有关。
[0047]根据能量转换，并且考虑上述所述的管路的热量损失、DOC以及DPF的反应放热等影响尾气温度的因素，可以将SCR动态温度模型简化为一阶惯性环节和一个滞后环节。并且，进一步地，该SCR动态温度模型的传递函数可以简化为公式(I):
[0048]Gt =( I )*
1 I Trv
JL I Jt
[0049]其中，K表示传递函数增益；Τ表示时间常数，τ表示延迟时间，s是拉普拉斯变换中的复参数。
[0050]S102、根据所述SCR动态温度模型的动态特性，Smith预估器计算得出补偿值；所述补偿值能够消除SCR动态温度模型中的滞后环节:
[0051]需要说明的是，所述SCR动态温度模型的动态特性是指SCR反应器前温度会随时间实时变化的特性。
[0052]根据上述构建的SCR动态温度模型的动态特性，Smith预估器计算得出补偿值，该补偿值能够消除SCR动态温度模型中的滞后环节。
[0053]需要说明的是，本发明实施例所述的Smith预估器是根据上述所述的SCR动态温度模型推算出来的，该Smith预估器旨在消除SCR动态温度模型中的滞后性。
[0054]当SCR动态温度模型的传递函数如式(I)所示时，Smith预估器的传递函数可以为式⑵所示:
[0055]Gs = —( 2 )；
s l + TsX ’
[0056]其中，K表示传递函数增益；T表示时间常数，τ表示延迟时间。s是拉普拉斯变换中的复参数。
[0057]S103、计算SCR反应器的预设温度减去SCR动态温度模型的输出与所述补偿值之和所得的差值。
[0058]S104:接收含有所述差值的反馈信号，根据所述差值计算发动机的后喷油量，并将带有所述发动机的后喷油量的信号发送给发动机，控制发动机按照所述后喷油量进行后喷，以控制SCR反应器的温度:
[0059]具体地，本发明实施例提供的SCR反应器温度的控制方法可以通过PID控制器闭环控制实现。当通过PID控制器控制实现时，步骤S103中计算得到的差值作为PID控制器的输入信号反馈给PID控制器，PID控制器接收含有所述差值的反馈信号，并根据该差值计算发动机的后喷油量，以使发动机的排气温度达到一定温度。
[0060]PID控制器将带有发动机的后喷油量的信号发送给发动机，控制发动机按照所述后喷油量进行后喷，以提高发动机的尾气排放温度，进而控制SCR反应器的温度。
[0061]以上为本发明实施例提供的SCR反应器温度的控制方法的【具体实施方式】。在本发明的SCR反应器温度的控制方法中，将SCR反应器的预设温度减去SCR动态温度模型的输出与所述补偿值之和所得的差值作为PID控制器的反馈信号，由于Smith预估器计算出的补偿值能够消除SCR动态温度模型中的滞后环节，因而，利用上述差值作为PID控制器的反馈信号就将SCR动态温度模型中的滞后环节提前反应在PID控制器上，因而，由PID控制器得出的后喷油量控制的尾气温度，能够达到SCR反应器所需的温度，因而利用这种方法控制SCR反应器温度，能够避免大的超调现象，并且也能够提高响应速度。
[0062]并且，相较于现有技术中直接利用SCR反应器前温度与预设温度的差值作为PID控制器的反馈信号的方法，本发明实施例提供的控制方法能够使得SCR反应器的温度控制的更加稳定。
[0063]为了更加清楚地理解本发明实施例提供的控制方法，本发明实施例还提供了 SCR反应器温度的控制方法的控制总体框图，如图2所示。其中，虚线框中的SCR动态温度模型和Smith预估器是本发明的控制方法的核心。其中，SCR动态温度模型的输出结果与Smith预估器的输出结果相加再与SCR反应器的设定温度相减得到的差值作为PID控制器的反馈信号。然后，PID控制器根据该反馈信号计算得出发动机后喷油量，控制排气温度，进而控制SCR反应器的温度。
[0064]将SCR动态温度模型的传递函数GT、Smith预估器的传递函数GS、PID控制器的传递函数Gpid带入到图2中，可以得到整个系统的传递函数框图，如图3所示。
[0065]其中，虚线框内的控制逻辑为一个整体，该整体的传递函数Gp为SCR动态温度模型传递函数Gt和Smith预估器传递函数Gs的和。用数学公式表达如下:
Γ ? 广 JC LKea K…
[0066]Gp = ——— e 1+ ———— = ————( 3 ) ?
I+ TsI+ Ts ? + Ts
[0067]通过上述公式(3)可以看出，该传递函数Gp中不含有滞后环节C因此，利用Smith预估器有效地消除了 SCR动态温度模型中的滞后环节。因而，原来含有滞后性的SCR温度控制，就通过Smith预估器抵消掉其滞后性。因此，在PID闭环控制SCR温度时，就不会出现大的超调量。
[0068]基于上述SCR反应器温度的控制方法，本发明实施例还提供了一种SCR反应器温度的控制装置。
[0069]如图4所示，本发明提供的SCR反应器温度的控制装置，包括:
[0070]构建SCR动态温度模型单元41，用于根据SCR反应器前的实验测试温度和有延迟一阶惯性环节拟合的两点法构建SCR动态温度模型；所述SCR动态温度模型含有滞后环节;
[0071 ] 第一计算单元42，用于根据所述SCR动态温度模型的动态特性，Smith预估器计算得出补偿值；所述补偿值能够消除所述SCR动态温度模型中的滞后环节；
[0072]第二计算单元43，用于计算SCR反应器的预设温度减去SCR动态温度模型的输出与所述补偿值之和所得的差值；
[0073]控制单元44，用于接收含有所述差值的反馈信号，根据所述差值计算发动机的后喷油量，并将带有所述发动机的后喷油量的信号发送给发动机，控制发动机按照所述后喷油量进行后喷，以控制SCR反应器的温度。
[0074]通过上述所述的控制装置，由于Smith预估器计算出的补偿值能够消除SCR动态温度模型中的滞后环节，因而，利用上述差值作为控制单元的反馈信号就将SCR动态温度模型中的滞后环节提前反应在控制单元上，因而，由控制单元44得出的后喷油量控制的尾气温度能够达到SCR反应器所需的温度，因而利用这种方法控制SCR反应器温度，能够避免大的超调现象，并且也能够提高响应速度。
[0075]进一步地，在本发明实施例中，SCR动态温度模型包括一阶惯性环节和滞后环节，其中，SCR动态温度模型的传递函数可以为上述所述的公式(I)，具体如下:
Kb
[0076]Gt =.....................................-
1 I I Ti* *
JL "t~ JL
[0077]其中，K表示传递函数增益；T表示时间常数，τ表示延迟时间，s是拉普拉斯变换中的复参数。
[0078]基于上述所述的SCR动态温度模型的传递函数，本发明实施例所述的Smith预估器的传递函数可以为上述所述的公式(2)，具体如下:
[0079]G- = ———(1- C)；
\ + Tsx β
[0080]其中，K表示传递函数增益；T表示时间常数，τ表示延迟时间。s是拉普拉斯变换中的复参数。
[0081 ] 进一步地，上述所述的控制单元优选为加Smith预估器的PID控制器，其中该控制单元的传递函数可表示为:
^ K LKe 15 K
[0082]μ— = —
β
[0083]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。
[0084]虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种SCR反应器温度的控制方法,其特征在于,包括: 根据SCR反应器前的实验测试温度和有延迟一阶惯性环节拟合的两点法，构建SCR动态温度模型，所述SCR动态温度模型含有滞后环节； 根据所述SCR动态温度模型的动态特性，Smith预估器计算得出补偿值；所述补偿值能够消除所述SCR动态温度模型中的滞后环节； 计算SCR反应器的预设温度减去SCR动态温度模型的输出与所述补偿值之和所得的差值； 接收含有所述差值的反馈信号，根据所述差值计算发动机的后喷油量，并将带有所述发动机的后喷油量的信号发送给发动机，控制发动机按照所述后喷油量进行后喷，以控制SCR反应器的温度。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述SCR动态温度模型还包括一阶惯性环节。
3.根据权利要求2所述的控制方法，所述SCR动态温度模型的传递函数为:
其中，K表示传递函数增益，T表示时间常数，τ表示延迟时间，s是拉普拉斯变换中的复参数。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述Smith预估器的传递函数如下:
其中，K表示传递函数增益，T表示时间常数，τ表示延迟时间，s是拉普拉斯变换中的复参数。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，通过PID控制器执行接收含有所述差值的反馈信号、计算发动机的后喷油量、并将带有所述发动机的后喷油量的信号发送给发动机，控制发动机按照所述后喷油量进行后喷，以控制SCR反应器的温度的步骤。
6.一种SCR反应器温度的控制装置，其特征在于，包括: 构建SCR动态温度模型单元，用于根据SCR反应器前的实验测试温度和有延迟一阶惯性环节拟合的两点法构建SCR动态温度模型；所述SCR动态温度模型含有滞后环节； 第一计算单元，用于根据所述SCR动态温度模型的动态特性，Smith预估器计算得出补偿值；所述补偿值能够消除所述SCR动态温度模型中的滞后环节； 第二计算单元，用于计算SCR反应器的预设温度减去SCR动态温度模型的输出与所述补偿值之和所得的差值； 控制单元，用于接收含有所述差值的反馈信号，根据所述差值计算发动机的后喷油量，并将带有所述发动机的后喷油量的信号发送给发动机，控制发动机按照所述后喷油量进行后喷，以控制SCR反应器的温度。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述SCR动态温度模型的传递函数为:
其中，K表示传递函数增益，T表示时间常数，τ表示延迟时间，s是拉普拉斯变换中的复参数。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述Smith预估器的传递函数如下: 其中，K表示传递函数增益；T表示时间常数，τ表示延迟时间，s是拉普拉斯变换中的复参数。
9.根据权利要求7或8任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制单元为加Smith预估器的PID控制器，其中，所述控制单元的传递函数表示为:
【文档编号】F01N3/20GK104131872SQ201410339418
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】蔺海艳, 刘兴义, 王金平, 闫立冰 申请人:潍柴动力股份有限公司