一种串联选择性催化还原系统的模糊控制方法与流程

技术特征：

1.一种串联选择性催化还原系统的模糊控制方法，其特征在于，该方法包含：

第一步，根据选择性催化还原的化学反应方程式，用状态方程表示选择性催化还原，建立数学模型；

第二步，采用第一步建立的数学模型，利用Simulink建立控制模型，所述的控制模型包含：模糊控制模块和串联SCR模糊控制器，所述的模糊控制模块和串联SCR模糊控制器均设有NH₃和NO的输入和输出；

第三步，根据模糊控制模块的NH₃和NO的输入和输出的隶属度函数，以及NH₃和NO的输入和输出的论域，获得隶属度函数图，建立模糊控制方法，用于控制选择性催化还原系统的喷氨量；

第四步，将第三步建立的模糊控制方法设置于模糊控制模块中，运行所述的控制模型，得到仿真结果。

2.根据权利要求1所述的串联选择性催化还原系统的模糊控制方法，其特征在于，第一步中所述的选择性催化还原的化学反应方程式包含：

氨吸附催化剂反应：

${\mathrm{NH}}_3^g+S_f\→S_{NH3}---\left(1\right)$

氨解吸附反应：

$S_{NH3}\→{\mathrm{NH}}_3^g+S_f---\left(2\right)$

气相氮氧化物减少反应：

${\left(NO\right)}^g+\frac{1}{4}{\left(O_2\right)}^g+S_{NH3}\→{\left(N_2\right)}^g+1\frac{1}{2}{H}_{2}O+S_f---\left(3\right)$

在高温下氨被氧化为NO的反应：

$S_{NH3}+1\frac{1}{2}{O}_2\→{\left(NO\right)}^g+1\frac{1}{2}{H}_{2}O+S_f---\left(4\right).$

3.根据权利要求2所述的串联选择性催化还原系统的模糊控制方法，其特征在于，第一步中所述的状态方程如下：

$\left[\begin{array}{c}{C}_{NO}^{\·}\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}\\ C_{NH3}^{\·}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-C_{NO}({\mathrm{\Θ}}_{SC}\stackrel{\‾}{R_{red}}\mathrm{\θ}+\frac{F}{V_{cat}})+\stackrel{\‾}{R_{ox}}{\mathrm{\Θ}}_{SC}\mathrm{\θ}\\ -\mathrm{\θ}(\stackrel{\‾}{R_{ads}}{C}_{{\mathrm{NH}}_3}+\stackrel{\‾}{R_{red}}+\stackrel{\‾}{R_{red}}{C}_{NO}+\stackrel{\‾}{R_{ox}})+\stackrel{\‾}{R_{ads}}{C}_{{\mathrm{NH}}_3}\\ -C_{{\mathrm{NH}}_3}\[{\mathrm{\Θ}}_{SC}\stackrel{\‾}{R_{ads}}(1-\mathrm{\θ})+\frac{F}{V_{cat}}\]+{\mathrm{\Θ}}_{SC}\stackrel{\‾}{R_{des}}\mathrm{\θ}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ \frac{F}{V_{cat}}\end{array}\right]U+\left[\begin{array}{c}\frac{F}{V_{cat}}\\ 0\\ 0\end{array}\right]d---\left(5\right)$

$Y=\[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\end{array}\]\left[\begin{array}{c}{C}_{NO}\\ 0\\ C_{{\mathrm{NH}}_3}\end{array}\right]---\left(6\right)$

式(5)和式(6)中，C_NO表示串联SCR模糊控制器输出的NO的浓度，C_NH3表示串联SCR模糊控制器输出的NH₃浓度，U表示输入NH₃的浓度，d表示输入NO的浓度，Y表示反应完成后输出NO的浓度，Θ_SC表示氨的总存储量，θ表示表面覆盖率，F表示流量，V_cat表示SCR反应设备的容积，R_j表示反应j的反应率，j代表ads、des、red或ox，ads表示氨吸附催化剂反应，des表示氨解吸附反应，red表示气相氮氧化物减少反应，ox表示在高温下氨被氧化为NO的反应；

其中，

式(7)中，k_j表示反应j的指数前因子，E_j表示反应j需要消耗的能量，R表示通用气体常数，T表示反应温度。

4.根据权利要求1所述的串联选择性催化还原系统的模糊控制方法，其特征在于，所述的串联SCR模糊控制器包含：SCR模块一、SCR模块二；

所述的SCR模块一能用于监测和控制NO的消除，所述的SCR模块二能用于监测和控制NH₃的消除。

5.根据权利要求4所述的串联选择性催化还原系统的模糊控制方法，其特征在于，所述的模糊控制模块的输入包含：输入的NO输入量、输入的NH₃输出量-1、输入的NH₃输出量-2和输入的NO输出量-1；

所述的NH₃输出量-1表示SCR模块一监测的经过气相氮氧化物减少反应后的NH₃输出量；

所述的NH₃输出量-2表示SCR模块二监测的经过消除NH₃后的NH₃输出量；

所述的NO输出量-1表示SCR模块一监测的经过气相氮氧化物减少反应后的NO输出量；

所述的模糊控制模块的输出包含：输出的喷氨量。

6.根据权利要求5所述的串联选择性催化还原系统的模糊控制方法，其特征在于，所述的模糊控制模块的输入和输出的隶属度函数均采用三角形隶属度函数。

7.根据权利要求6所述的串联选择性催化还原系统的模糊控制方法，其特征在于，所述的模糊控制模块的输入均选择3个隶属度函数。

8.根据权利要求6所述的串联选择性催化还原系统的模糊控制方法，其特征在于，所述的模糊控制模块的输出选择8个隶属度函数。

9.根据权利要求5～8中任意一项所述的串联选择性催化还原系统的模糊控制方法，其特征在于，所述的模糊控制模块的输入和输出的论域的确定方法如下：

首先，通过模糊控制模块输入的NO输入量的数据曲线确定NO输入量的论域；

其次，通过NO输入量的论域确定喷氨量的论域；

最后，通过NO输入量的范围确定模糊控制模块输入的NH₃输出量-1、和NO输出量-1的论域的最大值，获得NH₃输出量-1、和NO输出量-1的论域的范围，通过喷氨量的论域设置若干NH₃输出量-2的论域，将所述NH₃输出量-2的论域设置于模糊控制模块中，并进行运行，得到仿真结果，进行比较得到NH₃输出量-2最优的论域。

10.根据权利要求9所述的串联选择性催化还原系统的模糊控制方法，其特征在于，所述的控制模型运行方法如下：

所述的模糊控制模块输出喷氨量，将喷氨量信息传递给所述的SCR模块一，SCR模块一输出NH₃输出量-1的信息传递给所述的SCR模块二，并将该信息反馈到模糊控制模块，SCR模块二输出NH₃输出量-2的信息，并将该信息反馈给模糊控制模块，所述的模糊控制模块获得NH₃输出量-1和NH₃输出量-2的信息；

将NO输入量、温度T和流量F的信息输入所述的SCR模块一，SCR模块一输出NO输出量-1的信息，将该信息传递给所述的SCR模块二，同时将该信息反馈给模糊控制模块，将温度T-20K和流量F的信息输入SCR模块二，SCR模块二输出NO输出量-2的信息，所述的模糊控制模块获得NO输出量-1的信息；

将NO输入量的信息输入所述的模糊控制模块，模糊控制模块将获得的NH₃输出量-1、NH₃输出量-2、NO输出量-1和NO输入量的信息，通过第三步所述的模糊控制方法进行计算，获得仿真结果。