汽车排气微粒扩散凝聚建模分析与控制

Automobile exhaust has become the arch-criminal of atmospheric pollution, so there is an urgent need to study the automobile emission control. All kinds of automobile exhaust treatment technology continues to mature and is widely used, but it has not yet been essentially profoundly revealed the formation mechanism of automobile exhaust particulate and does not achieve the best effect. Therefore it is necessary to seek new theory to solve. The automobile exhaust particle diffusion aggregation has a typical fractal structure as well as a kind of three-dimensional nonlinear dynamic behavior, which makes its research of the control problem more challenging. However, this project plans to adopt a new method to study the automobile emission control. Firstly, it will be based on the fractal theory to establish the mathematical model of automobile exhaust particle diffusion aggregation. Secondly, in the form of trigonometric function, polynomial function and generalized function, it will analyze the relationship between the number of environmental disturbance and particle aggregation probability. Thirdly, it will study the environmental interference control and directed control of particle diffusion aggregation. Furthermore, the project will analyze the relationship between the number of ambient noise and growth velocity. Meanwhile, it will study the particle diffusion aggregation speed control and the identification control of convection discrete system spatial fractal sets. As a consequence, particle diffusion aggregation control makes that the automobile emission particles accelerate the formation of particle clusters in the specified direction, and accelerate the settlement, thereby reducing the share rate of automobile exhaust pollution of the atmosphere. This study is of great theoretical value to raise automobile emission control technology.

汽车尾气已成为大气污染的“罪魁祸首”，因此迫切需要研究汽车减排控制。虽然已有各种治理汽车尾气技术不断成熟并被推广应用，但因尚未从本质上深刻揭示汽车尾气排放微粒生成机理而未达到最佳效果，亟需寻求新理论予以解决。汽车排气微粒扩散运动不但具有典型的分形结构，而且其凝聚生长又是一种三维非线性动力行为，对其控制问题研究极具挑战性。本项目拟采用新方法研究汽车减排控制，将基于分形理论对汽车排气微粒扩散凝聚建模，分析三角函数、多项式函数和广义函数形式环境干扰项和微粒凝聚概率的数量关系，研究微粒扩散凝聚环境干扰控制，以及广义函数形式的定区域控制。进而分析周围噪音和生长速度的数量关系，研究微粒扩散凝聚速度控制以及对流离散系统空间分形集辨识控制问题。微粒扩散凝聚控制使得汽车排放微粒在指定方向上加速形成微粒团，加速沉降，降低汽车尾气对大气污染的分担率，对汽车减排控制技术提供重要的理论支撑。

汽车尾气减排控制迫在眉睫。本项目基于分形理论对汽车尾气扩散凝聚行为建模分析，研究了不同环境下、不同类型汽车尾气粒子的扩散凝聚机理和分形生长行为的控制问题。研究结果表明本项目建立的尾气粒子扩散凝聚数学模型和所提出的粒子分形扩散凝聚控制策略与方法，能有效的对凝聚体的形态进行控制，为提升尾气的净化技术提供了重要理论支撑。具体如下：1、对不同粒径尾气粒子分形扩散凝聚数学模型与优化控制策略进行深入研究，实现了不同粒径尾气粒子分形扩散凝聚的预测和控制。通过构造对数函数形式的非线性干扰项和内部源项，验证了不同粒径尾气粒子分形扩散凝聚控制的有效性，为合理选择控制参数、控制区域提供了有益探索。2、对汽车尾气粒子的扩散凝聚行为，将模糊隶属度函数引入有限扩散凝聚模型，通过分析粒子随机运动步长与粒子随机运动角度之间的非线性关系，研究了尾气粒子凝聚体形态的变化，实现了对凝聚体形态由稀疏到紧密的控制。3、对汽车尾气中的铁磁粒子建立了改进的有限扩散集团凝聚模型，分析了远程相互作用力和近程相互作用力下铁磁粒子凝聚团簇形貌的变化，从分形维数和磁化强度等方面研究了铁磁粒子凝聚团簇的物理特征。4、针对汽车尾气扩散运动过程中常常伴随的对流现象，研究了对流离散系统空间分形集辨识控制问题，将同步控制和参数辨识的思想和方法引入到空间分形Julia集中，建立典型空间分形Julia集的同步控制理论及参数辨识方法。5、研究了类似汽车尾气凝聚体分叉形态的分形光子晶体的光学性质，研究发现，Fibonacci分形多层膜与高损耗金属膜构成的异质结构可制备高品质反常吸收类型的滤光器件，对理解尾气粒子扩散凝聚的非平衡生长分形行为提供了帮助。6、研究了混沌、分形系统在非线性电路中的实现与应用，搭建了汽车尾气检测系统。研究表明，复混沌系统、基于混沌系统的语音保密通信和基于分形系统的图像加解密系统均可硬件实现，这为粒子扩散凝聚行为的硬件实现提供了研究基础。