随着人们对环境问题的关注,排放法规日益严格,对重型柴油机排放控制技术的研究具有重要意义。在欧洲,“优化燃烧+选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,简称SCR)”的排放控制技术以其燃油经济性好、抗硫中毒能力强等优点,已成为重型柴油机满足欧IV欧V排放标准的主流技术路线。在我国,随着国IV国V排放法规的推进,SCR技术也正在成为国内发动机排放技术研究的一大热点。为了提高SCR系统的控制性能,开发满足国V排放法规的SCR系统,本论文针对目前主流的SCR系统,从SCR催化器控制模型建立,参数辨识,实验验证和控制器设计四方面进行了深入的研究。针对SCR催化器三维建模复杂的特点,本文建立了适用于ECU实时计算的SCR催化器的一维分层模型。依据Eley-Rideal机理,结合稀燃柴油机的特点,确定了影响SCR反应动态过程的四个主要的化学反应——NH3的吸附及解吸附、NH3选择性催化还原反应及NH3的氧化反应。通过物质平衡方程,将以上化学反应过程进行了描述。基于能量守恒定律,推导了SCR分层模型中计算温度的方程,结合化学反应过程中的方程建立了SCR催化器的数学模型。针对分层模型微元个数的选取进行了比较分析,推荐了适用于SCR系统控制的微元个数选取原则。针对SCR催化器控制模型参数多,系统非线性强的特点,提出了基于非线性最小二乘法的模型参数辨识方法。为了保证辨识算法的收敛,对SCR模型对各参数的敏感性进行了仿真分析,确定了影响该模型响应特性的主导参数。针对法规要求和对模型动态性能准确性的要求,选取了参数辨识的实验工况,并实现了基于所选取实验工况的SCR催化器控制模型参数辨识。通过某重型柴油机系统台架对SCR催化器控制模型进行了实验验证。实验验证分为稳态实验和瞬态实验,在稳态实验中,针对发动机的主要工况点(包含所有ESC工况),分别进行了不同氨氮比下SCR反应特性的实验验证;在瞬态实验中,对ETC循环下的SCR反应特性进行了对比。实验结果表明,本文建立的SCR催化器控制模型对催化器的温度、化学反应速率、NH3泄漏等重要变量的预测都与实验相符,完全可以满足SCR控制器设计的需求。基于以上提出的SCR催化器控制模型,本文设计了基于模型的SCR系统前馈控制器,并利用SIMULINK仿真软件对其进行了仿真研究。仿真结果表明,因为基于模型的SCR控制策略考虑了SCR催化器内部反应的动态过程,所以相比基于脉谱图的传统SCR控制策略,它可以更好的控制系统的氨泄漏,在一定程度上改善在工况变化剧烈时SCR系统的控制性能。