Experimental closed-loop control of SCR aftertreatment systems using NOx sensors cross-sensitive to NH3 - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2013

Experimental closed-loop control of SCR aftertreatment systems using NOx sensors cross-sensitive to NH3

Commande expérimentale en boucle fermée des systèmes de post-traitement SCR en utilisant des sondes à NOx sensibles au NH3

(1)
1
Anthony Bonfils
  • Function : Author
  • PersonId : 772388
  • IdRef : 184725968

Abstract

The problem studied in this thesis is the closed-loop control of a urea-SCR (urea Selective Catalytic Reduction) as used in aftertreatment systems of diesel vehicles. A first contribution of the thesis is a detailed model for the SCR, highlighting the distributed (1D) nature of the considered system, and several successive reductions of this simulation model leading to a simpler one, better-suited for control design purposes. A second contribution consists in considering the sensitivity to NH3 of the NOx sensor used in a feedback loop, in the development of the control algorithms (state observer, feedback, gain scheduling, measurement interpretation). The ambiguity of the output measurement could be detrimental to the closed loop response, as it generates multiple equilibrium points (artefacts), besides the point of practical interest. A study of the closed-loop dynamics is performed in the vicinity of each point, which shows that the closed loop system naturally converges to the point of interest not to the artefacts. Both contributions have been tested and validated experimentally. In summary, the method proposed in this thesis might allow an engine equipped with Euro 5 hardware to satisfy Euro 6 standard using a preconditioning procedure of the catalyst.
Le problème étudié dans cette thèse est la commande en boucle fermée d'un système SCR (Réduction Sélective Catalytique) par l'urée tel qu'utilisé dans les systèmes de dépollution des gaz d'échappement des moteurs diesel automobiles. Une première contribution du manuscrit est en un modèle détaillé de la SCR, soulignant de la nature distribuée (1D) du système considéré, et plusieurs réductions successives de ce modèle de simulation conduisant à un modèle plus simple, utilisable à des fins de synthèse de contrôleur. Une seconde contribution consiste à prendre en compte la sensibilité au NH3 du capteur de NOx utilisé pour la rétroaction lors du développement d'algorithmes de commande (observateur d'état, boucle de rétroaction, séquencement de gain, interprétation du signal capteur). L'observateur-contrôleur présenté possède plusieurs points d'équilibre dues à la sensibilité du capteur de sortie. On montre que seul le point d'intérêt pratique est asymptotiquement stable, les autres étant instables naturellement, rendus instables par une implémentation spécifique ou aisémentdétectés comme indésirables. Ces deux contributions ont été testées expérimentalement et validées. En résumé, la méthode de contrôle proposée dans cette thèse permet, à partir d'un moteur conforme aux exigences Euro 5 et avec une procédure de pré-conditionnement du catalyseur, de satisfaire la norme Euro 6.
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Dates and versions

tel-01139394 , version 1 (04-04-2015)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01139394 , version 1

Cite

Anthony Bonfils. Experimental closed-loop control of SCR aftertreatment systems using NOx sensors cross-sensitive to NH3. Automatic Control Engineering. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2013. English. ⟨NNT : 2013ENMP0097⟩. ⟨tel-01139394⟩
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