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申请/专利权人：广东海洋大学

摘要：本发明公开了一种基于人工智能的尿素喷射优化操作系统，所述操作系统包括：系统检测参数处理单元，用于实时获取SCR系统基于实际工况下检测得到气相参数特征和状态反馈特征；动态催化估计建模单元，用于基于所述SCR系统构建多个SCR子催化器，根据多个所述动态催化估计子模型；瞬态系统误差校正单元，用于结合所述状态反馈特征进行系统误差校正，构建得到瞬态系统催化修正模型；尿素喷射量控制单元，用于根据所述瞬态系统催化修正模型输出的系统控制参数，调整所述SCR系统的尿素喷射量；本发明有利于柴油机在变工况过程中实时调控尿素喷射量，达到同时实现最佳NOx还原性能和最小氨泄漏量的目的。

主权项：1.一种基于人工智能的尿素喷射优化操作系统，其特征在于，至少包括：处理器、存储器和数据采集模块，所述数据采集模块包括SCR系统和无线传输单元，所述SCR系统包括检测传感器，用于数据采样得到气相参数特征和状态反馈特征并存储至所述存储器；所述无线传输单元，用于无线通讯连接，将所述存储器的数据传输至所述处理器进行建模运算，得到所述SCR系统的尿素喷射量并传输至所述操作系统；所述处理器执行计算机程序运行在以下所述调控系统的单元中：系统检测参数处理单元，用于实时获取所述SCR系统基于实际工况下检测得到所述气相参数特征和所述状态反馈特征；动态催化估计建模单元，用于基于所述SCR系统构建多个SCR子催化器，根据所述气相参数特征建立各个所述SCR子催化器对应的动态催化估计子模型；瞬态系统误差校正单元，用于结合所述状态反馈特征进行系统误差校正，构建得到瞬态系统催化修正模型；尿素喷射量控制单元，用于根据所述瞬态系统催化修正模型输出的系统控制参数，调整所述SCR系统的尿素喷射量；其中，在所述动态催化估计建模单元中，所述基于所述SCR系统构建多个SCR子催化器，根据所述气相参数特征建立各个所述SCR子催化器对应的动态催化估计子模型的方法包括：S201，所述SCR系统包括SCR催化器，将所述SCR催化器进行均匀离散构建成Num个子SCR催化器，各个子SCR催化器依次按序连续，按序记作第i个子SCR催化器；其中，i为所述SCR子催化器对应的序号，i∈[1,Num]，Num为SCR系统中所述SCR子催化器的总数；S202，实时获得基于实际工况下对应t时刻的所述气相参数特征，包括所述SCR系统入口处在当前t时刻的NH3和NOx浓度，分别记作CNH3,int和CNOx,int；以及所述SCR系统出口处在当前t时刻的NOx浓度记作CNOx,outt，和对应排气的体积流速记作Foutt，t为当前时刻，t∈[1,Time]，Time为所述SCR系统的总时长；S203，基于非线性回归模型对所述SCR系统进行建模，建立CNH3,int、CNOx,int、CNOx,outt与氨氮摩尔比的关系式表示为s.t.，计算当前t时刻的NOx转化效率记作ηt，其无量纲化的计算公式为： 其中，max{s.t.[ηt]}表示为取约束条件获得在t时刻的NOx转化效率最大值对应的氨氮摩尔比作为所述模型输出，得到当前t时刻的氨氮摩尔比记作ANRt，定义为所述SCR系统喷入氨的物质的量与氮氧化物的物质的量之比；S204，根据所述当前t时刻的氨氮摩尔比，进一步估计得到所述SCR系统入口处在t时刻喷入的NH3摩尔质量估计值记作M*NH3,int，其无量纲化的计算公式为： 其中，MNOxt为所述SCR系统入口处测量得到的NOx摩尔质量；S205，获得所述SCR系统在当前t时刻的催化器温度记作Tt，建立第i个所述SCR子催化器对应的催化器温度与氨存储指数的时间关系式，其表达式为： 其中，ΩNH3i,t为第i个所述SCR子催化器在当前t时刻对应的氨存储指数，用于表征NH3的吸附或脱附，与所述SCR系统的催化器温度呈指数关系，取约束条件为在t时刻的M*NH3,int最小值且ηt最大值对应的关系式常数，作为所述SCR系统的温差参数分别记作R1和R2，得到当前t时刻对应的氨存储指数；进一步计算对应的氨覆盖率估计值，其无量纲化的计算公式为： 其中，θ*NH3i,t表示为第i个所述SCR子催化器在当前t时刻输出的氨覆盖率估计值；S206，将所述第i个子SCR催化器的输出端作为第i+1个子SCR催化器的输入端，根据所述氨存储指数ΩNH3i,t和所述氨覆盖率估计值θ*NH3i,t，构建第i个所述SCR子催化器在t时刻对应的动态催化估计子模型记作Simi,t，其无量纲化的计算公式为： 其中，CNH3i,t和CNH3i+1,t分别表示为第i个和第i+1个所述SCR子催化器在当前t时刻输出的NH3浓度，CNOxi,t和CNOxi+1,t分别表示为第i个和第i+1个所述SCR子催化器在当前t时刻输出的NOx浓度，Foutt为所述SCR系统出口处在t时刻排气对应的体积流速，V为所述SCR系统的催化器体积；根据所述氨覆盖率估计值θ*NH3i,t对变量t计算偏差得到radsi和rdesi，分别为第i个SCR子催化器产生吸附反应和脱附反应的转化因子；在所述瞬态系统误差校正单元中，根据多个所述动态催化估计子模型，结合所述状态反馈特征进行系统误差校正，构建得到瞬态系统催化修正模型的方法为：S301，设定迁移修正区域尺寸大小为Wi×Wt，Wi∈[1,floorNumN]，Wt∈[1,floorTimeN]，floor为向下取整函数，Num为SCR系统中所述SCR子催化器的总数，Time为所述SCR系统的总时长；根据多个所述动态催化估计子模型Simi,t=[CNOxi,t,CNH3i,t,θ*NH3i,t]，取Wi和Wt的最大公因数为移动间隔记作N，移动计算在所述迁移修正区域内的NOx修正值和NH3修正值分别记作∆CNOx,Wi×Wt和∆CNH3,Wi×Wt，其计算公式为： 其中，p值为移动序号，计算同时满足关系式S1:Wi+N×p≤Num和关系式S2:Wt+N×p≤Time的最大p值向下取整为移动阈值记作TH，p∈[1,TH]；以移动阈值为TH在所述迁移修正区域为Wi×Wt内分别计算CNOxi,t积分并求和取均值得到NOx修正值记作∆CNOx,Wi×Wt；以移动阈值为TH在所述迁移修正区域为Wi×Wt内分别计算CNH3i,t积分并求和取均值得到NH3修正值记作∆CNH3,Wi×Wt；S302，结合所述状态反馈特征，包括所述SCR系统出口处的NOx浓度CNOx,outt和排气的体积流速Foutt，根据所述氨覆盖率估计值θ*NH3i,t，对变量t计算偏差得到第i个SCR子催化器产生吸附反应的转化因子radsi和对应产生脱附反应的转化因子rdesi，计算得到当前t时刻的瞬态系统催化修正模型记作AdjustθNH3t，其无量纲化的计算公式为： 其中，AdjustθNH3t=θ*NH3,outt定义为所述SCR系统在t时刻输出的氨覆盖率修正值，其尿素喷射调整范围满足于[θ*NH3,mint,θ*NH3,maxt]区间之间，θ*NH3,mint定义为所述SCR系统在t时刻输出的氨覆盖率修正值下限，θ*NH3,maxt定义为所述SCR系统在t时刻输出的氨覆盖率修正值上限，Foutt为所述SCR系统出口处在t时刻排气对应的体积流速，V为所述SCR系统的催化器体积；ΩNH3i,t为第i个所述SCR子催化器在当前t时刻对应的氨存储指数。

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