基于數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測控制的SCR系統(tǒng)尿素噴射控制方法
專利匯可以提供基于數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測控制的SCR系統(tǒng)尿素噴射控制方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測控制的SCR系統(tǒng)尿素噴射控制方法，主要包括分布式參數(shù)激勵模型和子空間預(yù)測 控制器 。激勵模型由六核常微分方程組成的主從兩催化器單元的分布式參數(shù)SCR系統(tǒng)，配以enDYNA 軟件 精確柴油機模型構(gòu)成。子空間預(yù)測控制器采用兩輸入兩輸出數(shù)據(jù)激勵結(jié)構(gòu)，直接由激勵模型的輸入輸出數(shù)據(jù)激勵得出。并且，預(yù)測輸出和約束輸出一起耦合激勵，再由推導(dǎo)的增量型 預(yù)測模型 分離出預(yù)測輸出和約束輸出表達(dá)式。本發(fā)明的數(shù)據(jù)激勵分布式參數(shù)模型構(gòu)造簡易、 精度 準(zhǔn)確，子空間預(yù)測控制器推導(dǎo)過程簡單、適用于工程應(yīng)用。，下面是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測控制的SCR系統(tǒng)尿素噴射控制方法專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測控制的SCR系統(tǒng)尿素噴射控制方法，包括以下步驟：
1)、建立精確的分布式參數(shù)尿素SCR系統(tǒng)激勵模型；
2)、針對系統(tǒng)的動態(tài)特性，以影響發(fā)動機排放邊界條件寬范圍變化的數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)充分激勵數(shù)據(jù)；
3)、將激勵所獲得的的NOx和NH3排放輸入輸出數(shù)據(jù)，構(gòu)造出系統(tǒng)的子空間預(yù)測控制器；
4)、考慮排放標(biāo)準(zhǔn)及尿素噴嘴等約束條件，構(gòu)造排放優(yōu)化控制的代價函數(shù)；
5)、最后，通過求解對應(yīng)的尿素SCR系統(tǒng)排放優(yōu)化問題，獲得尿素噴射控制量，從而實現(xiàn)對尿素SCR系統(tǒng)的控制；
其特征在于：
a、子空間預(yù)測控制器直接由上述分布式參數(shù)激勵模型的輸入和輸出數(shù)據(jù)激勵產(chǎn)生；
b、在系統(tǒng)時域約束前提下，在線求解優(yōu)化問題得到最優(yōu)控制序列；
c、并將最優(yōu)控制序列作為反饋控制信號應(yīng)用到SCR系統(tǒng)尿素噴射控制中；
d、根據(jù)預(yù)測控制的基本原理，在每一個采樣時間內(nèi)都重復(fù)步驟b和步驟c；
(一)、子空間預(yù)測模型推導(dǎo)：用來推導(dǎo)子空間預(yù)測模型的方程形式為狀態(tài)空間模型，其離散表達(dá)形式如下：
該方程為雙輸入雙輸出形式，對于尿素SCR系統(tǒng)排放優(yōu)化控制子空間預(yù)測模型而言，選取控制輸入為 干擾輸入為 控制輸出為
約束輸出為 系統(tǒng)狀態(tài)為x(k)∈Rn(n為狀態(tài)階數(shù))，矩陣A，Bu，K，C以及Cb分別為描述尿素SCR系統(tǒng)的狀態(tài)空間矩陣；
通過實驗獲得開環(huán)系統(tǒng)的控制輸入、干擾輸入、控制輸出以及約束輸出的測量值u(k)，d(k)，yc(k)以及yb(k)，k∈{0，1，2，...，2i+j-2}，根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測控制算法基本原理，構(gòu)造系統(tǒng)輸入和輸出的Hankel矩陣Up，Uf，Yp以及Yf，
矩陣的下角標(biāo)的p和f分別表示“過去(past)”和“未來(future)”，根據(jù)子空間預(yù)測器推導(dǎo)基本原理，通過遞歸方法得到用于子空間辨識的系統(tǒng)輸入輸出矩陣方程：
即為通過子空間辨識方法估計的系統(tǒng)未來輸出值，并稱式(4)為子空間預(yù)測方程，并稱Lw和Lu為子空間辨識法的預(yù)測矩陣，
通過求解如下的最小二乘問題，可以獲得預(yù)測方程中(4)的兩個預(yù)測矩陣Lw和Lu，對于上面的最小二乘問題的解，可以通過正交投影法獲得，即Yf的行空間的元素在Wp和Uf的行空間的投影，此問題的解可由下式求得：
其中，表示穆爾-彭羅斯偽逆，
由系統(tǒng)輸入輸出信息的Hankel矩陣Up、Yp以及Uf，獲得Lw和Lu后，再利用子空間預(yù)測方程(4)，即可以得到系統(tǒng)未來輸出的Hankel矩陣值 在實際上控制器應(yīng)用時，只有Hankel矩陣 的第一列作為系統(tǒng)未來的估計值，這樣一方面大大減少了計算量，另一方面也為模型預(yù)測控制器的設(shè)計做好了準(zhǔn)備，研究將預(yù)測時域定義為Np，控制時域定義為Nu，并且滿足Np≥Nu，因此最終的子空間預(yù)測方程為如下形式：
其中，
由于系統(tǒng)的干擾是不可預(yù)測的，所以研究假設(shè)干擾量在預(yù)測時域內(nèi)不發(fā)生變化，將干擾量從控制輸入量中提取出來，因此預(yù)測方程(7)被改寫為如下形式：
上式中的矩陣 和 是從Lw中提取出來的，分別代表著系統(tǒng)過去的輸入輸出信息矩陣和干擾狀態(tài)信息矩陣，對應(yīng)的輸入輸出信息序列 和干擾狀態(tài)信息序列dp是從wp中提取出來的，用同樣的方法，可以將系統(tǒng)未來的控制輸入信息矩陣 和干擾狀態(tài)信息矩陣 從Lu中提取出來，可以將未來的控制輸入序列 和干擾狀態(tài)序列df從uf中提起出來；
(二)、增量型預(yù)測模型：為了保證系統(tǒng)輸出對參考輸入的跟蹤是零穩(wěn)態(tài)誤差的，引入積分作用，將預(yù)測方程(9)改寫為增量型，其具體表達(dá)形式如式(10)所示，
在采樣時刻k，可知關(guān)于狀態(tài)的過去信息和當(dāng)前信息，而在k+1，…，k+Np等未來時刻，由于工作過程的復(fù)雜性和未知性，狀態(tài)量很難通過估計得到，假設(shè)在采樣時刻k，未來的干擾輸入狀態(tài)df在k+1，…，k+Nu時刻是不變的，即等于k時刻的值，因此，系統(tǒng)未來的預(yù)測輸出序列 的增量形式如下：
其中，
為了設(shè)計約束條件下的數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測控制器，對式(11)所示的增項型預(yù)測輸出進(jìn)行累加，進(jìn)一步將預(yù)測控制輸出 和預(yù)測約束輸出 從 中分離出來，得到：
其中，
所以系統(tǒng)的預(yù)測控制輸出和預(yù)測約束輸出為：
b
其中， Fc和F 為系統(tǒng)的
自由響應(yīng)，ScΔuf(k)，SbΔuf(k)為系統(tǒng)的控制響應(yīng)；
(三)、對約束的處理：將預(yù)測輸出方程(13)代入約束問題中，得到如下形式的代價函數(shù)：
其中，
H＝ScTSc+ΛI(xiàn)；C＝-2ScT(Re(k+1)-Fc)；?????????????(17)
Λ為控制量權(quán)重與輸出量權(quán)重的比值，即Λ＝Γu/Γy，對系統(tǒng)約束條件的處理能力，是MPC算法的主要優(yōu)勢之一，為了處理這些約束條件，在對系統(tǒng)約束條件進(jìn)行分析與整理后，將約束條件寫成如下形式：
其中，矩陣Cu，b定義如下:
其中，
另外，
由式(17)中所示矩陣H的形式，可以明顯看出H≥0，是一個正定或者半正定的矩陣，因此最優(yōu)問題(16)存在最優(yōu)解，MPC控制量求解時，由于約束條件(18)的存在，往往造成我們無法獲得優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)解析解，因此需要采用QP方法來求解帶有約束的優(yōu)化問題，求解該問題，可利用matlab軟件自帶的工具箱，也可以利用程序編程實現(xiàn)求解。
基于數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測控制的SCR系統(tǒng)尿素噴射控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
使得NOx排放快速收斂到排放法規(guī)限值，控制目標(biāo)
為0.5g/kwh；考慮到執(zhí)行器尿素噴嘴的實際性能，提出的控制動作最大值為umax(k)＝
2
0.003mol/s，變化率最大值為Δumax(k)＝0.0005mol/s，J2＝||ΓuΔuf(k)||能保證控制動作變化率盡可能的?。徊⑶?，提出的系統(tǒng)約束輸出氨逃逸最大值為
Bu，K，C以及Cb分別為描述尿素SCR系統(tǒng)的狀態(tài)空間矩陣；
附圖說明
具體實施方式
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