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三效催化转化器控制模型的仿真研究

陆冠松  
【摘要】: 要满足日益严格的汽车排放法规,在点燃式发动机上目前最有效的方法是使用三效催化器和与之相匹配的电控系统,为了维持三效催化装置的最高转化效率,有必要对催化器进行实时的精确动态控制。 本文充分考虑了催化转化器的相关动态效应,对引起催化器动态效应的一些影响因素进行了分析。催化器动力学特性主要源于二氧化铈的氧的存储以及释放的能力。通过建立模型,可以把催化器前后所测的λ值与不可测的二氧化铈氧覆盖度联系起来。 本文以柳州五菱汽车有限公司生产的491QE型汽油机为试验平台,基于Matlab/Simulink建立了发动机的平均值模型,并通过与催化器模型连接,作为催化器模型的输入。阐述了催化转化器的动态特性,开发了面向控制的催化器模型,提出并讨论了的模型辨识的方法以及模型应用范围的扩展。运用最小二乘法来对催化器的参数进行辨识计算。通过对试验数据的采集并预处理,得到可以用于模型计算的催化器数据并对模型参数进行了仿真计算。通过模型预测的结果与催化剂试验的结果进行对比,来对模型进行验证。通过相应的试验,研究了不同排气流量,不同排气温度,不同的催化器入口λ值对氧的存储覆盖的影响。同时还分析了传感器的特性和水煤气反应以及水蒸气重整反应对催化器动态性的影响。本文还阐述了催化器控制器开发的理论可行性,提出了模型预测控制的方法。设计了简单的时间增益控制器,并讨论了一种基于预测控制的高级控制器。


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