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随着汽车工业的快速发展,我国汽车保有量近年来逐渐增加。柴油机作为一种高效、经济的内燃机,已被广泛应用于各类商用车及部分乘用车。但是,柴油机的高氮氧化物(NO_x)及颗粒物(PM)排放会对自然环境造成严重影响。Urea-SCR技术作为一种高效的NO_x净化技术被广泛应用于柴油机后处理系统。然而,作为Urea-SCR系统主要功能元件,SCR催化器长期工作于恶劣的环境下会出现失效的情况,并且Urea-SCR系统排放控制性能会随着SCR催化器失效程度的加深而恶化。针对该问题,本文提出了SCR催化器失效诊断系统可实时监测SCR催化器的失效状况,同时建立了容错控制系统可确保Urea-SCR系统在催化器失效情况下仍然具备较好的排放控制性能。本文首先以Urea-SCR控制系统为研究对象,提出基于氨覆盖度的闭环控制策略作为Urea-SCR系统基线控制策略,并建立了Urea-SCR系统控制模型,其中包括控制策略模型、SCR催化器模型以及NO_x传感器模型;然后为使Urea-SCR系统控制模型能较为准确地反映控制系统状态,采用非线性最小二乘法对SCR催化器模型和NO_x传感器模型进行参数辨识,试验结果证明了Urea-SCR系统模型的有效性;接着,考虑到SCR催化器长期服役会老化失效从而造成Urea-SCR系统排放控制性能下降的问题,依据SCR催化器失效机理引入失效因子模拟SCR催化器失效程度,同时建立了SCR催化器失效模型,并基于该模型对SCR催化器处于不同失效程度下的Urea-SCR系统排放控制性能变化规律展开研究,仿真结果表明Urea-SCR系统的排放控制性能会随着SCR催化器失效程度加深而劣化;最后,为维持催化器处于失效情况下的Urea-SCR系统排放控制性能,根据SCR催化器失效模型,开发了基于EKF的SCR催化器失效诊断系统以及基于Lyapunov稳定性理论的MRAC容错控制器,仿真结果表明该容错控制系统能有效地抵御SCR催化器失效对Urea-SCR系统造成的负面影响。本文定量描述了SCR催化器失效程度,通过数值仿真方法研究了不同失效程度下SCR催化器对Urea-SCR系统排放控制性能影响,并提出了一种SCR催化器失效诊断和容错控制的集成系统。本研究可进一步加深对SCR催化器失效机理和失效规律的认识与理解,为SCR催化器失效诊断及容错控制提供理论依据及技术支持,同时提供了一种SCR催化器失效研究的新思路。