JP4278600B2 - Plant control device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントの制御装置に関する。 The present invention relates to a plant control apparatus in which mutual interference exists between a plurality of control inputs and a plurality of control amounts.
従来、研磨用ロボットを制御する制御装置として、特許文献1に記載されたものが知られている。この制御装置では、スライディングモード制御アルゴリズムと、非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせたスライディングモード非干渉制御アルゴリズムにより、以下のように研磨用ロボットが制御される。
Conventionally, what was described in
まず、研磨用ロボットを含む研磨装置を、研磨用ロボットのx方向およびy方向への駆動力fmx,fmyを2つの制御入力とし、ワークのx方向およびy方向の位置Px,Pyを2つの制御量とするとともに、これらの2つの制御入力fmx,fmyと2つの制御量Px,Pyとの間に相互干渉が存在するプラントとして見なす。次いで、プラントモデルとして、制御入力fmxと制御量Pxとの関係を表す連続時間系モデルと、制御入力fmyと制御量Pyとの関係を表す連続時間系モデルとを用いる。 First, a polishing apparatus including a polishing robot has two control inputs for driving powers fmx and fmy in the x and y directions of the polishing robot, and controls two positions Px and Py in the x and y directions of the workpiece. And a plant in which mutual interference exists between these two control inputs fmx and fmy and the two control amounts Px and Py. Next, as a plant model, a continuous time system model that represents the relationship between the control input fmx and the control amount Px and a continuous time system model that represents the relationship between the control input fmy and the control amount Py are used.
そして、制御入力fmx,fmyは、スライディングモード制御アルゴリズムにより、制御量Px,Pyが2つの目標値にそれぞれ収束するように決定されると同時に、非干渉制御アルゴリズムにより、2つの制御入力fmx,fmyと2つの制御量Px,Pyとの間に存在する相互干渉を解消するように決定される。すなわち、スライディングモード非干渉制御アルゴリズムにより、2つの制御入力fmx,fmyと2つの制御量Px,Pyとの間に存在する相互干渉を解消しながら、制御量Px,Pyが2つの目標値にそれぞれ収束するように、制御入力fmx,fmyが決定され、それにより、研磨用ロボットが制御される。 The control inputs fmx and fmy are determined by the sliding mode control algorithm so that the control amounts Px and Py converge to the two target values, respectively, and at the same time, the two control inputs fmx and fmy are determined by the non-interference control algorithm. And the two control amounts Px and Py are determined so as to eliminate mutual interference. That is, with the sliding mode non-interference control algorithm, while the mutual interference existing between the two control inputs fmx and fmy and the two control amounts Px and Py is eliminated, the control amounts Px and Py are set to two target values, respectively. Control inputs fmx and fmy are determined so as to converge, whereby the polishing robot is controlled.
上記従来の制御装置では、プラントモデルとして連続時間系モデルを用いているので、そのプラントモデルのモデルパラメータを、プラントの実験データから直接同定することは困難である。そのため、具体的な同定手法としては、連続時間系モデルを離散時間系モデルに近似変換し、それに基づいてモデルパラメータを同定しなければならないので、そのような近似変換により、モデルパラメータの同定精度が低下してしまう。さらに、離散時間系モデルを連続時間系モデルに再度、近似変換しなければならないので、そのような2回の近似変換の使用により、プラントモデルのモデル化誤差も増大してしまう。その結果、制御の安定余裕を確保するために、コントローラゲインを低く抑える必要が生じ、制御性および制御精度の低下を招くという問題がある。 In the above conventional control device, since a continuous time system model is used as a plant model, it is difficult to directly identify the model parameters of the plant model from the experimental data of the plant. Therefore, as a specific identification method, a continuous-time system model must be approximated to a discrete-time system model, and model parameters must be identified based on this. It will decline. Furthermore, since the discrete-time system model must be approximated again to the continuous-time system model, the use of such two approximate transformations increases the modeling error of the plant model. As a result, it is necessary to keep the controller gain low in order to ensure a stable control margin, and there is a problem in that controllability and control accuracy are reduced.
これに加えて、連続時間系モデルを用いた場合、切換関数を構成する変数として、制御量の微分値を用いることになるので、制御周期が短くなると、そのような微分値は制御量の変化速度を示すことがなくなり、ノイズ成分に近い状態となってしまう。その結果、スライディングモード制御の特長であるロバスト性が失われてしまい、制御性および制御精度がさらに低下してしまう。 In addition, when a continuous-time system model is used, the differential value of the controlled variable is used as a variable constituting the switching function. Therefore, when the control cycle is shortened, such a differential value changes in the controlled variable. The speed is not shown, and the state becomes close to the noise component. As a result, the robustness that is a feature of the sliding mode control is lost, and the controllability and control accuracy are further reduced.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の制御入力と複数の制御量との間に存在する相互干渉を解消しながら、複数の制御量を制御する場合において、制御性および制御精度を向上させることができるプラントの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem. In the case where a plurality of control amounts are controlled while eliminating mutual interference existing between a plurality of control inputs and a plurality of control amounts, the controllability is improved. And it aims at providing the control apparatus of the plant which can improve control accuracy.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、複数の制御入力(目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmd、目標吸気管内圧PB_cmdおよび目標EGRリフトLegr_cmd)と複数の制御量(吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcyl、吸入空気量GcylおよびEGR量Gegr)との間に相互干渉が存在するプラント90,404の制御装置1B,1Cであって、複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値(目標吸気管内圧PB_cmdおよび目標吸入空気量Gcyl_cmd、目標吸入空気量Gcyl_cmdおよび目標EGR量Gegr_cmd)を設定する目標値設定手段(ECU2、目標値算出部100,400)と、プラントを離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデル[式(19),(100)]に基づく、所定の応答指定型制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズム[式(2)〜(9),(41)〜(50),(64),(66)〜(74)]により、複数の制御入力を、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段(ECU2、応答指定型コントローラ101、2自由度応答指定型コントローラ201,301,401、非干渉化コントローラ102,202,302,402)と、を備え、プラントモデル[式(19),(100)]は、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータFth,Flf,Rcp,Scp,Hegを含み、非干渉化入力算出手段は、複数の非干渉化パラメータおよび複数の制御量の少なくとも1つに応じて、所定の制御アルゴリズムにより、複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数(エンジン回転数NE、大気圧PA、バルブタイミングHI.VT,LO.VT、排気管内圧Pex)の少なくとも1つに応じて、逐次同定する同定手段(ECU2、オンボード同定器303,403)をさらに備え、同定手段は、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、複数の非干渉化パラメータの基準値Fth_base,Flf_base,Rcp_base,Scp_base,Heg_baseを算出し、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値(修正項dFth_hat,dFlf_hat,dRcp_hat,dScp_hat,dHeg_hat)を算出するとともに、複数の非干渉化パラメータの基準値を複数の補正値でそれぞれ補正することにより、複数の非干渉化パラメータを同定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
このプラントの制御装置によれば、プラントを離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデルに基づく、所定の応答指定型制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、複数の制御入力が、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出されるので、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉を解消しながら、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ精度良く追従させることができる。さらに、複数の非干渉化入力の算出において、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と比べて、モデル化誤差を低減することができ、それにより、コントローラゲインをより高い値に設定しながら、制御の安定余裕を確保することができる。これに加えて、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と異なり、切換関数を構成する変数として、制御量の微分値を用いる必要がないことによって、制御周期が短い場合でも、スライディングモード制御などの応答指定型制御アルゴリズムの特長であるロバスト性を確保できる。以上により、制御性および制御精度を向上させることができる。 According to this plant control apparatus, a plurality of predetermined control algorithms including a combination of a predetermined response designating control algorithm and a predetermined non-interference control algorithm based on a plant model obtained by modeling a plant as a discrete-time system model. Control inputs are calculated as a plurality of non-interacting inputs that eliminate mutual interference to cause a plurality of control amounts to follow a plurality of target values, respectively. It is possible to cause the plurality of control amounts to follow the plurality of target values with high accuracy while eliminating the mutual interference between the two. Furthermore, since a discrete-time system model is used in the calculation of a plurality of non-interacting inputs, modeling errors can be reduced compared to the conventional case using a continuous-time system model, thereby increasing the controller gain. While setting a high value, it is possible to secure a control stability margin. In addition to this, since the discrete time system model is used, unlike the conventional case using the continuous time system model, it is not necessary to use the differential value of the controlled variable as a variable constituting the switching function, so that the control cycle is short. Even in this case, it is possible to ensure the robustness that is a feature of the response specification type control algorithm such as the sliding mode control. As described above, controllability and control accuracy can be improved.
また、プラントモデルが、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、複数の非干渉化入力が、複数の非干渉化パラメータおよび複数の制御量の少なくとも1つに応じて、所定の制御アルゴリズムによりそれぞれ算出されるとともに、複数の非干渉化パラメータがそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、逐次同定される。このように、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、複数の非干渉化入力を算出することができる。これにより、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラントにおいて、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御性および制御精度を確保することができる。The plant model also includes a plurality of non-interacting parameters for defining a relationship between a plurality of control inputs and a plurality of control amounts, and the plurality of non-interacting inputs include a plurality of non-interacting parameters and a plurality of controls. A plurality of non-interacting parameters are respectively calculated as at least one of a plurality of non-interacting inputs, a plurality of control amounts, and an internal variable of the plant. In response, they are identified sequentially. In this way, since non-interacting parameters that can be direct modeling errors of the plant model are sequentially identified, a plurality of non-interacting inputs can be calculated while compensating for the modeling error quickly and appropriately. . As a result, even if modeling errors occur due to aging and variability among individuals in a plant where the degree of mutual interference between multiple control inputs and multiple controlled variables is considerable, modeling is possible. The error can be compensated quickly and appropriately, thereby ensuring good controllability and control accuracy.
さらに、複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントでは、複数の制御入力および複数の制御量は、複雑な相互干渉関係となっているのが一般的であり、そのため、この制御装置のように、非干渉化パラメータを逐次同定する場合、同定の開始直後で、モデル化誤差が大きい状態にあるときには、そのような傾向が顕著になることで、非干渉化パラメータが誤同定されるおそれがある。これに対して、このプラントの制御装置によれば、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、複数の非干渉化パラメータの基準値が算出され、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値が算出されるとともに、複数の非干渉化パラメータの基準値を複数の補正値でそれぞれ補正することにより、複数の非干渉化パラメータが同定される。そのため、同定の開始直後、複数の非干渉化パラメータがその基準値に近い値として同定されることにより、誤同定を回避することができ、同定精度を向上させることができる。また、例えば、所定の忘却効果を補正値に付加した場合、複数の非干渉化パラメータが基準値近傍に拘束されるような状態で同定されるので、複数の非干渉化パラメータが誤った組み合わせの値として同定されるのを防止でき(すなわち、非干渉化パラメータのドリフトを防止でき)、それにより、制御系の安定性を確保することができるとともに、同定精度を向上させることができる。Furthermore, in a plant in which mutual interference exists between a plurality of control inputs and a plurality of control amounts, a plurality of control inputs and a plurality of control amounts are generally in a complex mutual interference relationship. Therefore, when identifying non-interacting parameters sequentially as in this control device, such a tendency becomes prominent when there is a large modeling error immediately after the start of identification. May be misidentified. On the other hand, according to this plant control apparatus, reference values for a plurality of decoupling parameters are calculated in accordance with at least one of a plurality of decoupling inputs, a plurality of controlled variables, and an internal variable of the plant. A plurality of correction values are calculated by a predetermined sequential identification algorithm in accordance with at least one of a plurality of non-interacting inputs, a plurality of control variables, and an internal variable of the plant, and a plurality of decoupling parameter criteria A plurality of non-interacting parameters are identified by correcting each value with a plurality of correction values. Therefore, immediately after the start of identification, a plurality of non-interacting parameters are identified as values close to the reference value, so that erroneous identification can be avoided and the identification accuracy can be improved. In addition, for example, when a predetermined forgetting effect is added to the correction value, a plurality of non-interacting parameters are identified in a state where they are constrained in the vicinity of the reference value. Identification as a value can be prevented (that is, drift of a non-interacting parameter can be prevented), whereby stability of the control system can be ensured and identification accuracy can be improved.
請求項2に係る発明は、複数の制御入力(目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmd、目標過給圧PB_cmdおよび目標EGRリフトLegr_cmd)と複数の制御量(吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcyl、吸入空気量GcylおよびEGR量Gegr)との間に相互干渉が存在するプラント90,404の制御装置1A〜1Cであって、複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値(目標吸気管内圧PB_cmdおよび目標吸入空気量Gcyl_cmd、目標吸入空気量Gcyl_cmdおよび目標EGR量Gegr_cmd)を設定する目標値設定手段(ECU2、目標値算出部100,400)と、プラントをモデル化したプラントモデル[式(19),(100)]に基づく、所定の目標値フィルタ型の2自由度制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズム[式(41)〜(50),(64),(66)〜(75)]により、複数の制御入力を、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段(ECU2、2自由度応答指定型コントローラ201,301,401、非干渉化コントローラ202,302,402)と、を備え、所定の目標値フィルタ型の2自由度制御アルゴリズムは、所定の目標値フィルタアルゴリズム[式(48)〜(49),(73)〜(74)]と所定のフィードバック制御アルゴリズム[式(41)〜(47),(66)〜(72)]とを組み合わせた目標値フィルタ型の2自由度フィードバック制御アルゴリズムであることを特徴とする。
The invention according to
このプラントの制御装置によれば、プラントをモデル化したプラントモデルに基づく、所定の目標値フィルタ型の2自由度制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、複数の制御入力が、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出される。この所定の目標値フィルタ型の2自由度制御アルゴリズムは、所定の目標値フィルタアルゴリズムと所定のフィードバック制御アルゴリズムとを組み合わせた目標値フィルタ型の2自由度フィードバック制御であるので、複数の非干渉化入力を、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、所定の目標値フィルタアルゴリズムにより、制御量の目標値に対する応答性が緩やかになる値として算出することができる。これにより、複数の非干渉化入力を、高い外乱抑制能力を確保しながら、それらの変化量および変化速度が小さい値として算出でき、その結果、非干渉制御アルゴリズムの誤差に起因して、制御量と目標値との偏差が発生した場合でも、それらの変化量および変化速度を小さい値に保持できるとともに、高い外乱抑制能力により、偏差の増大を適切に抑制することができる。以上により、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉を解消しながら、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ精度良く追従させることができ、制御性および制御精度を向上させることができる。 According to this plant control apparatus , a plurality of predetermined control algorithms including a combination of a predetermined target value filter type two-degree-of-freedom control algorithm and a predetermined non-interference control algorithm based on a plant model obtained by modeling a plant, These control inputs are calculated as a plurality of non-interacting inputs for eliminating mutual interference for causing a plurality of control amounts to follow a plurality of target values, respectively. The predetermined target value filter type two-degree-of-freedom control algorithm is a target value filter-type two-degree-of-freedom feedback control in which a predetermined target value filter algorithm and a predetermined feedback control algorithm are combined. Input can increase disturbance suppression capability by a predetermined feedback control algorithm and suppress a decrease in controllability due to modeling error, and at the same time, the response of the control amount to the target value is moderated by the predetermined target value filter algorithm Can be calculated as As a result, it is possible to calculate a plurality of non-interacting inputs as values with small change amounts and change speeds while ensuring high disturbance suppression capability, and as a result, control amounts due to errors in the non-interference control algorithm. Even when a deviation between the target value and the target value occurs, the amount of change and the speed of change can be held at a small value, and an increase in the deviation can be appropriately suppressed by a high disturbance suppression capability. As described above, while eliminating mutual interference between a plurality of control inputs and a plurality of control amounts, a plurality of control amounts can follow a plurality of target values with high accuracy, thereby improving controllability and control accuracy. be able to.
請求項3に係る発明は、請求項2に記載のプラントの制御装置1A〜1Cにおいて、所定のフィードバック制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズムであることを特徴とする。
The invention according to
このプラントの制御装置によれば、所定の目標値フィルタアルゴリズムと所定の応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせた目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、複数の入力値が算出されるので、一般的なフィードバック制御アルゴリズムと目標値フィルタアルゴリズムとを組み合わせた目標値フィルタ型の2自由度フィードバック制御アルゴリズムを用いた場合と比べて、制御量と目標値との偏差の挙動を指数関数的なより穏やかなものにすることができるとともに、外乱抑制能力をより高めることができる。それにより、制御量と目標値との偏差を抑制する能力をさらに高めることができる。 According to this plant control apparatus , a plurality of input values are calculated by a target value filter type two-degree-of-freedom response specification type control algorithm that combines a predetermined target value filter algorithm and a predetermined response specification type control algorithm. Therefore, compared with the case of using a target value filter type two-degree-of-freedom feedback control algorithm that combines a general feedback control algorithm and a target value filter algorithm, the behavior of the deviation between the control amount and the target value is exponential. As a result, the disturbance suppressing ability can be further enhanced. Thereby, the ability to suppress the deviation between the control amount and the target value can be further enhanced.
請求項4に係る発明は、複数の制御入力(目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmd、目標吸気管内圧PB_cmdおよび目標EGRリフトLegr_cmd)と複数の制御量(吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcyl、吸入空気量GcylおよびEGR量Gegr)との間に相互干渉が存在するプラント90,404の制御装置1B,1Cであって、プラントをモデル化したプラントモデル[式(19),(100)]に基づく、所定の非干渉制御アルゴリズム[式(64),(75)]を含む所定の制御アルゴリズム[式(41)〜(49),(64),式(66)〜(75)]により、複数の制御入力を、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段(ECU2、2自由度応答指定型コントローラ301,401、非干渉化コントローラ302,402)を備え、プラントモデルは、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータFth,Flf,Rcp,Scp,Hegを含み、非干渉化入力算出手段は、複数の非干渉化パラメータおよび複数の制御量の少なくとも1つに応じて、所定の制御アルゴリズムにより、複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数(エンジン回転数NE、大気圧PA、バルブタイミングHI.VT,LO.VT、排気管内圧Pex)の少なくとも1つに応じて、逐次同定する同定手段(ECU2、オンボード同定器303,403)をさらに備え、同定手段(ECU2、オンボード同定器303,403)は、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、複数の非干渉化パラメータの基準値Fth_base,Flf_base,Rcp_base,Scp_base,Heg_baseを算出し、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値(修正項dFth_hat,dFlf_hat,dRcp_hat,dScp_hat,dHeg_hat)を算出するとともに、複数の非干渉化パラメータの基準値を複数の補正値でそれぞれ補正することにより、複数の非干渉化パラメータを同定することを特徴とする。
The invention according to
このプラントの制御装置によれば、プラントをモデル化したプラントモデルに基づく、所定の非干渉制御アルゴリズムを含む所定の制御アルゴリズムにより、複数の制御入力が、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出される。このプラントモデルが、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、複数の非干渉化入力は、複数の非干渉化パラメータおよび複数の制御量の少なくとも1つに応じて、所定の制御アルゴリズムによりそれぞれ算出され、複数の非干渉化パラメータがそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、逐次同定される。このように、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、複数の非干渉化入力を算出することができる。これにより、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラントにおいて、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのようなモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御性および制御精度を確保することができる。 According to this plant control apparatus, a plurality of non-interfering signals that eliminate a mutual interference by a predetermined control algorithm including a predetermined non-interfering control algorithm based on a plant model obtained by modeling the plant. Each of them is calculated as an input. The plant model includes a plurality of non-interacting parameters for defining a relationship between a plurality of control inputs and a plurality of control amounts. The plurality of non-interacting inputs include a plurality of non-interacting parameters and a plurality of control amounts. Each of the plurality of non-interacting parameters is calculated according to at least one of a plurality of non-interacting inputs, a plurality of control variables, and an internal variable of the plant, respectively. Sequentially identified. In this way, since non-interacting parameters that can be direct modeling errors of the plant model are sequentially identified, a plurality of non-interacting inputs can be calculated while compensating for the modeling error quickly and appropriately. . As a result, even if a modeling error occurs in a plant where the degree of mutual interference between a plurality of control inputs and a plurality of control amounts is considerably large due to aging and variation among individuals, Modeling errors can be compensated quickly and appropriately, thereby ensuring good controllability and control accuracy.
また、複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在するプラントでは、複数の制御入力および複数の制御量は、複雑な相互干渉関係となっているのが一般的であり、そのため、この制御装置のように、非干渉化パラメータを逐次同定する場合、同定の開始直後で、モデル化誤差が大きい状態にあるときには、そのような傾向が顕著になることで、非干渉化パラメータが誤同定されるおそれがある。これに対して、このプラントの制御装置によれば、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、複数の非干渉化パラメータの基準値が算出され、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値が算出されるとともに、複数の非干渉化パラメータの基準値を複数の補正値でそれぞれ補正することにより、複数の非干渉化パラメータが同定される。そのため、同定の開始直後、複数の非干渉化パラメータがその基準値に近い値として同定されることにより、誤同定を回避することができ、同定精度を向上させることができる。また、例えば、所定の忘却効果を補正値に付加した場合、複数の非干渉化パラメータが基準値近傍に拘束されるような状態で同定されるので、複数の非干渉化パラメータが誤った組み合わせの値として同定されるのを防止でき(すなわち、非干渉化パラメータのドリフトを防止でき)、それにより、制御系の安定性を確保することができるとともに、同定精度を向上させることができる。In addition, in a plant in which mutual interference exists between a plurality of control inputs and a plurality of control amounts, a plurality of control inputs and a plurality of control amounts are generally in a complex mutual interference relationship. Therefore, when identifying non-interacting parameters sequentially as in this control device, such a tendency becomes prominent when there is a large modeling error immediately after the start of identification. May be misidentified. On the other hand, according to this plant control apparatus, reference values for a plurality of decoupling parameters are calculated in accordance with at least one of a plurality of decoupling inputs, a plurality of controlled variables, and an internal variable of the plant. A plurality of correction values are calculated by a predetermined sequential identification algorithm in accordance with at least one of a plurality of non-interacting inputs, a plurality of control variables, and an internal variable of the plant, and a plurality of decoupling parameter criteria A plurality of non-interacting parameters are identified by correcting each value with a plurality of correction values. Therefore, immediately after the start of identification, a plurality of non-interacting parameters are identified as values close to the reference value, so that erroneous identification can be avoided and the identification accuracy can be improved. In addition, for example, when a predetermined forgetting effect is added to the correction value, a plurality of non-interacting parameters are identified in a state where they are constrained in the vicinity of the reference value. Identification as a value can be prevented (that is, drift of a non-interacting parameter can be prevented), whereby stability of the control system can be ensured and identification accuracy can be improved.
請求項5に係る発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載のプラント90の制御装置1A,1Bにおいて、複数の制御量は、内燃機関3の吸気通路内の圧力(吸気管内圧PB)および吸入空気量Gcylであり、複数の制御入力は、内燃機関3のスロットル弁開度THを制御するための値(目標スロットル弁開度TH_cmd)、および内燃機関3の吸気弁4のリフトLiftinを制御するための値(目標バルブリフトLiftin_cmd)であることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the
このプラントの制御装置によれば、吸気弁のリフトを制御するための値およびスロットル弁開度を制御するための値が、これらと内燃機関の吸気管内圧および吸入空気量との間の相互干渉を解消するような値として算出されるので、吸気管内圧および吸入空気量を、互いに独立した状態でかつ高い応答性を確保した状態で制御することができる。その結果、通常は、吸気管内圧の負圧化度合いを抑制することにより、ポンピングロスを低減し、燃費を向上させることができるとともに、ブレーキ圧制御および蒸発燃料制御(パージ制御)などで要求される吸気管内の負圧を、必要に応じて適切に確保することができる。 According to the control device of this plant, the value for controlling the lift of the intake valve and the value for controlling the throttle valve opening are mutually interfered with the intake pipe internal pressure and the intake air amount of the internal combustion engine. Therefore, the intake pipe internal pressure and the intake air amount can be controlled independently of each other and with high responsiveness secured. As a result, normally, by suppressing the degree of negative pressure in the intake pipe, it is possible to reduce pumping loss and improve fuel efficiency, as well as required for brake pressure control and evaporated fuel control (purge control). The negative pressure in the intake pipe can be appropriately secured as necessary.
請求項6に係る発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載のプラントの制御装置1Cにおいて、複数の制御量は、内燃機関3の吸入空気量GcylおよびEGR量Gegrであり、複数の制御入力は、内燃機関3の過給圧PBを制御するための値(目標過給圧PB_cmd)、および内燃機関3のEGR量を制御するための値(目標EGRリフトLegr_cmd)であることを特徴とする。
The invention according to
このプラントの制御装置によれば、過給圧を制御するための値およびEGR量を制御するための値が、これらと内燃機関の過給圧およびEGR量との間の相互干渉を解消するような値として算出されるので、過給圧およびEGR量を、互いに独立した状態でかつ高い応答性を確保した状態で制御することができる。その結果、EGR制御により、燃費および排ガス特性をいずれも良好な状態に保持できると同時に、過給圧制御により、要求駆動力を発生するための吸入空気量を自在かつ高い応答性で確保することができる。その結果、良好な燃費および排ガス特性と、良好な運転性とを両立させることができる。 According to this plant control device, the value for controlling the supercharging pressure and the value for controlling the EGR amount cancel the mutual interference between the supercharging pressure and the EGR amount of the internal combustion engine. Since it is calculated as a correct value, the supercharging pressure and the EGR amount can be controlled in a state of being independent from each other and ensuring high responsiveness. As a result, fuel consumption and exhaust gas characteristics can both be maintained in good condition by EGR control, and at the same time, the intake air amount for generating the required driving force can be secured freely and with high responsiveness by supercharging pressure control. Can do. As a result, it is possible to achieve both good fuel consumption and exhaust gas characteristics and good drivability.
以下、図面を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る制御装置について説明する。この制御装置1は、図2に示すように、ECU2を備えており、このECU2は、後述するように、内燃機関(以下「エンジン」という)3の運転状態に応じて、可変機構制御処理などの制御処理を実行する。
Hereinafter, a control device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 2, the
図1および図3に示すように、エンジン3は、4組のシリンダ3aおよびピストン3b(1組のみ図示)を有する直列4気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。エンジン3は、シリンダ3aごとに設けられ、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁4および排気弁7と、吸気弁4駆動用の吸気カムシャフト5および吸気カム6と、吸気弁4を開閉駆動する可変式吸気動弁機構40と、排気弁7駆動用の排気カムシャフト8および排気カム9と、排気弁7を開閉駆動する排気動弁機構70などを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
吸気弁4は、そのステム4aがガイド4bに摺動自在に嵌合しており、このガイド4bは、シリンダヘッド3cに固定されている。さらに、吸気弁4は、図4に示すように、上下のスプリングシート4c,4dと、これらの間に設けられたバルブスプリング4eとを備えており、このバルブスプリング4eにより、閉弁方向に付勢されている。
The
また、吸気カムシャフト5および排気カムシャフト8はそれぞれ、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド3cに回動自在に取り付けられている。この吸気カムシャフト5は、その一端部に吸気スプロケット(図示せず)が同軸に固定されており、この吸気スプロケットおよびタイミングベルト(図示せず)を介して、クランクシャフト3dに連結されている。これにより、吸気カムシャフト5は、クランクシャフト3dが2回転するごとに1回転する。また、吸気カム6は、吸気カムシャフト5上にこれと一体に回転するようにシリンダ3aごとに設けられている。
Further, each of the
さらに、可変式吸気動弁機構40は、吸気カムシャフト5の回転に伴って、各シリンダ3aの吸気弁4を開閉駆動するとともに、吸気弁4のリフトを無段階に変更することにより、吸入空気量を変更するものであり、その詳細については、後述する。なお、本実施形態では、「吸気弁4のリフト(以下「バルブリフト」という)」は、吸気弁4の最大揚程を表すものとする。
Furthermore, the variable
一方、排気弁7は、そのステム7aがガイド7bに摺動自在に嵌合しており、このガイド7bは、シリンダヘッド3cに固定されている。さらに、排気弁7は、上下のスプリングシート7c,7dと、これらの間に設けられたバルブスプリング7eとを備えており、このバルブスプリング7eにより、閉弁方向に付勢されている。
On the other hand, the
また、排気カムシャフト8は、これと一体の排気スプロケット(図示せず)を備え、この排気スプロケットおよび図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト3dに連結されており、それにより、クランクシャフト3dが2回転するごとに1回転する。さらに、排気カム9は、排気カムシャフト8上にこれと一体に回転するようにシリンダ3aごとに設けられている。
The
さらに、排気動弁機構70は、ロッカアーム71を備えており、このロッカアーム71が排気カム9の回転に伴って回動することにより、バルブスプリング7eの付勢力に抗しながら、排気弁7を開閉駆動する。
Further, the
また、エンジン3には、クランク角センサ20および水温センサ21がそれぞれ設けられている。このクランク角センサ20は、クランクシャフト3dの回転に伴い、いずれもパルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU2に出力する。このCRK信号は、所定のクランク角(例えば10゜)ごとに1パルスが出力され、ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを算出する。また、TDC信号は、各シリンダ3aのピストン3bが吸気行程のTDC位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに1パルスが出力される。
The
一方、水温センサ21は、エンジン3のシリンダブロック3eに取り付けられたサーミスタなどで構成されており、シリンダブロック3e内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温TWを表す検出信号をECU2に出力する。
On the other hand, the
また、エンジン3の吸気管10には、上流側から順に、エアフローセンサ22、スロットル弁機構11、スロットル弁開度センサ23、吸気管内圧センサ24および燃料噴射弁12などが設けられている。このエアフローセンサ22は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気管10内を流れる空気の流量(以下「空気流量」という)Qinを表す検出信号をECU2に出力する。ECU2は、この空気流量Qinに基づき、後述するように、シリンダ3a内に実際に吸入されると推定される吸入空気量Gcylを算出する。
The
スロットル弁機構11は、スロットル弁11aおよびこれを開閉駆動するTHアクチュエータ11bなどを備えている。スロットル弁11aは、吸気管10の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により吸入空気量を変化させる。THアクチュエータ11bは、ECU2に接続されたモータにギヤ機構(いずれも図示せず)を組み合わせたものであり、ECU2からの開度制御入力Uthによって駆動されることにより、スロットル弁11aの開度を変化させる。
The
また、スロットル弁11aには、これを開弁方向および閉弁方向にそれぞれ付勢する2つのばね(いずれも図示せず)が取り付けられている。これら2つのばねの付勢力により、スロットル弁11aは、後述するように、開度制御入力Uthが値0に設定されているときや、開度制御入力UthがTHアクチュエータ11bに入力されていないときには、所定の初期開度に保持される。この初期開度は、全閉状態に近い値であって、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような吸入空気量を確保できる値(例えば6゜)に設定されている。
The
さらに、吸気管10のスロットル弁11aの近傍には、例えばポテンショメータなどで構成されたスロットル弁開度センサ23が設けられている。このスロットル弁開度センサ23は、スロットル弁11aの開度(以下「スロットル弁開度」という)THを表す検出信号を、ECU2に出力する。
Further, in the vicinity of the
一方、吸気管10のスロットル弁11aよりも下流側の部分は、サージタンク10aになっており、このサージタンク10aに、吸気管内圧センサ24および吸気温センサ25が設けられている。
On the other hand, a portion of the
吸気管内圧センサ24は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気管10内の圧力(以下「吸気管内圧」という)PBを表す検出信号をECU2に出力する。なお、吸気管内圧PB(吸気通路内の圧力)は絶対圧として検出される。また、吸気温センサ25は、吸気管10内を流れる空気の温度(以下「吸気温」という)TAを表す検出信号をECU2に出力する。
The intake pipe
さらに、燃料噴射弁12は、ECU2からの、燃料噴射量に応じた駆動信号によって駆動され、燃料を吸気管10内に噴射する。
Further, the
一方、エンジン3のシリンダヘッド3cには、点火プラグ13(図2参照)が取り付けられている。この点火プラグ13は、図示しない点火コイルを介してECU2に接続されており、ECU2からの駆動信号(電圧信号)が、点火時期に応じたタイミングで加えられることで放電し、燃焼室内の混合気を燃焼させる。
On the other hand, a spark plug 13 (see FIG. 2) is attached to the
また、エンジン3には、蒸発燃料処理装置18が設けられている。この蒸発燃料処理装置18は、燃料タンク18cで発生した蒸発燃料が大気側に放出されるのを防止するためのものであり、蒸発燃料中の燃料成分を一時的に吸着するキャニスタ18aと、このキャニスタ18aと吸気管10との間を接続する負圧導入管18bなどを備えている。この蒸発燃料処理装置18では、蒸発燃料中の燃料成分は、キャニスタ18aに一時的に吸着された後、吸気管10内の負圧により、キャニスタ18aから脱離し、導入管18bを介して吸気管10内に導入され、空気とともに燃焼室内に吸入される。
The
さらに、エンジン3には、マスターバック19が設けられており、このマスターバック19は、負圧導入管19bを介して吸気管10に接続されている。マスターバック19内の負圧室(図示せず)には、吸気管10内の負圧が導入管19bを介して導入され、蓄えられている。ブレーキペダル19aが踏み込まれた際、マスターバック19は、負圧室内に蓄えた負圧をパワーソースとして、制動力をアシストするためのアシスト力を発生する。このアシスト力は、負圧室内に蓄えられた負圧が大きいほど、すなわち負圧室内の圧力が低いほど、より大きい値となるように構成されている。
Further, the
次に、前述した可変式吸気動弁機構40について説明する。この可変式吸気動弁機構40は、図4に示すように、吸気カムシャフト5、吸気カム6および可変バルブリフト機構50などで構成されている。
Next, the variable
この可変バルブリフト機構50は、吸気カムシャフト5の回転に伴って吸気弁4を開閉駆動するとともに、バルブリフトLiftinを所定の最大値Liftin_Hと所定の最小値Liftin_Lとの間で無段階に変更するものであり、気筒3aごとに設けられた四節リンク式のロッカアーム機構51と、これらのロッカアーム機構51を同時に駆動するリフトアクチュエータ60(図5参照)などを備えている。
This variable
各ロッカアーム機構51は、ロッカアーム52および上下のリンク53,54などで構成されている。この上リンク53の一端部は、上ピン55を介して、ロッカアーム52の上端部に回動自在に取り付けられており、他端部は、ロッカアームシャフト56に回動自在に取り付けられている。このロッカアームシャフト56は、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド3cに取り付けられている。
Each
また、ロッカアーム52の上ピン55上には、ローラ57が回動自在に設けられている。このローラ57は、吸気カム6のカム面に当接しており、吸気カム6が回転する際、そのカム面に案内されながら吸気カム6上を転動する。これにより、ロッカアーム52は上下方向に駆動されるとともに、上リンク53が、ロッカアームシャフト56を中心として回動する。
A
さらに、ロッカアーム52の吸気弁4側の端部には、アジャストボルト52aが取り付けられている。このアジャストボルト52aは、吸気カム6の回転に伴ってロッカアーム52が上下方向に移動すると、バルブスプリング4eの付勢力に抗しながら、ステム4aを上下方向に駆動し、吸気弁4を開閉する。
Further, an
また、下リンク54の一端部は、下ピン58を介して、ロッカアーム52の下端部に回動自在に取り付けられており、下リンク54の他端部には、連結軸59が回動自在に取り付けられている。下リンク54は、この連結軸59を介して、リフトアクチュエータ60の後述する短アーム65に連結されている。
Further, one end portion of the
一方、リフトアクチュエータ60は、ECU2により駆動されるものであり、図5に示すように、電気モータ61、ナット62、リンク63、長アーム64および短アーム65などを備えている。この電気モータ61は、ECU2に接続され、エンジン3のヘッドカバー3fの外側に配置されている。電気モータ61の回転軸は、雄ねじが形成されたねじ軸61aになっており、このねじ軸61aに、ナット62が螺合している。このナット62は、リンク63を介して、長アーム64に連結されている。このリンク63の一端部は、ピン63aを介して、ナット62に回動自在に取り付けられ、他端部は、ピン63bを介して、長アーム64の一端部に回動自在に取り付けられている。
On the other hand, the
また、長アーム64の他端部は、回動軸66を介して短アーム65の一端部に取り付けられている。この回動軸66は、断面円形に形成され、エンジン3のヘッドカバー3fを貫通しているとともに、これに回動自在に支持されている。この回動軸66の回動に伴い、長アーム64および短アーム65はこれと一体に回動する。
The other end of the
さらに、短アーム65の他端部には、前述した連結軸59が取り付けられており、これにより、短アーム65は、連結軸59を介して、下リンク54に連結されている。また、短アーム65の付近には、最小リフトストッパ67aおよび最大リフトストッパ67bが互いに間隔を存して設けられており、これらの2つのストッパ67a,67bにより、短アーム65は、その回動範囲が後述するように規制される。
Further, the connecting
次に、以上のように構成された可変バルブリフト機構50の動作について説明する。この可変バルブリフト機構50では、ECU2からの後述するリフト制御入力Uliftinがリフトアクチュエータ60に入力されると、ねじ軸61aが回転し、それに伴うナット62の移動により、長アーム64および短アーム65が回動軸66を中心として回動するとともに、この短アーム65の回動に伴って、ロッカアーム機構51の下リンク54が、下ピン58を中心として回動する。すなわち、リフトアクチュエータ60により、下リンク54が駆動される。
Next, the operation of the variable
図5(a)に示すように、短アーム65が図中の反時計回りに回動すると、短アーム65は、最大リフトストッパ67bに当接し、これに係止される。それにより、下リンク54も、図4に実線で示す最大リフト位置に係止される。一方、図5(b)に示すように、短アーム65が図中の時計回りに回動すると、短アーム65は、最小リフトストッパ67aに当接し、これに係止される。それにより、下リンク54も、図4に2点鎖線で示す最小リフト位置に係止される。
As shown in FIG. 5A, when the
以上のように、短アーム65の回動範囲は、2つのストッパ67a,67bにより、図5(a)に示す最大リフト位置と図5(b)に示す最小リフト位置との間に規制され、それにより、下リンク54の回動範囲も、図4に実線で示す最大リフト位置と、図4に2点鎖線で示す最小リフト位置との間に規制される。
As described above, the rotation range of the
下リンク54が最大リフト位置にある場合、ロッカアームシャフト56、上下のピン55,58および連結軸59によって構成される四節リンクでは、上ピン55および下ピン58の中心間の距離が、ロッカアームシャフト56および連結軸59の中心間の距離よりも長くなるように構成されており、それにより、図6(a)に示すように、吸気カム6が回転すると、これとローラ57との当接点の移動量よりも、アジャストボルト52aの移動量の方が大きくなる。
When the
一方、下リンク54が最小リフト位置にある場合、上記四節リンクでは、上ピン55および下ピン58の中心間の距離が、ロッカアームシャフト56および連結軸59の中心間の距離よりも短くなるように構成されており、それにより、図6(b)に示すように、吸気カム6が回転すると、これとローラ57との当接点の移動量よりも、アジャストボルト52aの移動量の方が小さくなる。
On the other hand, when the
以上の理由により、吸気弁4は、下リンク54が最大リフト位置にあるときには、最小リフト位置にあるときよりも大きなバルブリフトLiftinで開弁する。具体的には、吸気カム6の回転中、吸気弁4は、下リンク54が最大リフト位置にあるときには、図7の実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトLiftinは、その最大値Liftin_Hを示す。一方、下リンク54が最小リフト位置にあるときには、図7の2点鎖線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトLiftinは、その最小値Liftin_Lを示す。
For the above reasons, the
以上のように、この可変バルブリフト機構50では、アクチュエータ60を介して、下リンク54を最大リフト位置と最小リフト位置との間で回動させることにより、バルブリフトLiftinを、最大値Liftin_Hと最小値Liftin_Lとの間で無段階に変更することができる。
As described above, in this variable
なお、この可変バルブリフト機構50には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、後述するように、リフト制御入力Uliftinが値0に設定されているときや、断線などによりECU2からのリフト制御入力Uliftinがリフトアクチュエータ60に入力されないときには、可変バルブリフト機構50の動作がロックされる。すなわち、可変バルブリフト機構50によるバルブリフトLiftinの変更が禁止され、バルブリフトLiftinが最小値Liftin_Lに保持される。なお、この最小値Liftin_Lは、吸入空気量として所定の故障時用値が確保されるような値に設定されており、この所定の故障時用値は、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような吸入空気量の値に設定されている。
Note that the variable
また、エンジン3には、回動角センサ26が設けられており(図2参照)、この回動角センサ26は、短アーム65の回動角を表す検出信号をECU2に出力する。ECU2は、この短アーム65の回動角に基づき、バルブリフトLiftinを算出する。
Further, the
さらに、図2に示すように、ECU2には、大気圧センサ27、アクセル開度センサ28、車速センサ29、イグニッション・スイッチ(以下「IG・SW」という)30およびブレーキ・スイッチ31がそれぞれ接続されている。
Further, as shown in FIG. 2, an
大気圧センサ27は、半導体圧力センサで構成されており、大気圧PAを表す検出信号をECU2に出力する。アクセル開度センサ28は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号をECU2に出力する。
The
また、車速センサ29は、車両の図示しない車軸に取り付けられており、車両の走行速度である車速VPを表す検出信号をECU2に出力する。さらに、IG・SW30は、イグニッションキー(図示せず)操作によりON/OFFされるとともに、そのON/OFF状態を表す信号をECU2に出力する。また、ブレーキ・スイッチ31は、ブレーキペダル19a付近に設けられ、ブレーキペダル19aが所定量以上、踏み込まれたときにON信号をECU2に出力し、それ以外はOFF信号を出力する。
The
ECU2は、CPU、RAM、ROMおよびI/Oインターフェース(いずれも図示せず)などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ20〜29の検出信号および各種のスイッチ30,31のON/OFF信号などに応じて、エンジン3の運転状態を判別するとともに、可変機構制御処理を実行する。この可変機構制御処理では、後述するように、スロットル弁機構11および可変バルブリフト機構50を介して、スロットル弁開度THおよびバルブリフトLiftinがそれぞれ制御され、それにより、吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcylがそれぞれ制御される。
The
なお、本実施形態では、ECU2が、目標値設定手段、非干渉化入力算出手段および同定手段に相当する。
In the present embodiment, the
次に、本実施形態の制御装置1について説明する。図8に示すように、この制御装置1は、プラント90を制御するものであり、目標値算出部100、応答指定型コントローラ101および非干渉化コントローラ102を備えている。なお、これらの算出部100およびコントローラ101,102はいずれも、ECU2により構成されている。
Next, the
このプラント90は、図9に示すように、目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmdを制御入力とし、吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcylを制御量とする干渉系として定義され、具体的には、弁開度コントローラ91、バルブリフトコントローラ92およびエンジン3などで構成されている。なお、両コントローラ91,92はいずれも、ECU2により構成されている。
As shown in FIG. 9, the
これらの目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmdは、バルブリフトLiftinおよびスロットル弁開度THの目標値であり、後述するように算出される。 The target throttle valve opening TH_cmd and the target valve lift Liftin_cmd are target values of the valve lift Liftin and the throttle valve opening TH, and are calculated as described later.
また、弁開度コントローラ91では、開度制御入力Uthが、目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズム[後述する式(29)〜(32)]により算出され、この開度制御入力Uthがスロットル弁機構11に入力されることによって、スロットル弁開度THが目標スロットル弁開度TH_cmdに追従するように制御される。
Further, in the
さらに、バルブリフトコントローラ92では、リフト制御入力Uliftinが、目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズム[後述する式(33)〜(36)]により算出され、このリフト制御入力Uliftinが可変バルブリフト機構50に入力されることによって、バルブリフトLiftinが目標バルブリフトLiftin_cmdに追従するように制御される。
Further, in the
以上のようなプラント90では、スロットル弁開度THが目標スロットル弁開度TH_cmdに追従するように制御されると、それに伴って、吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcylの双方が変化する。さらに、バルブリフトLiftinが目標バルブリフトLiftin_cmdに追従するように制御されると、それに伴って、吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcylの双方が変化する。すなわち、このプラント90は、制御入力としての目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmdと、制御量としての吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcylとの間に相互干渉が存在する干渉系となっている。
In the
したがって、本実施形態の制御装置1では、このような干渉系のプラント90において、上記相互干渉を回避しながら、吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcylの双方を互いに独立して制御できるような制御入力すなわち非干渉化入力として、目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmdが算出される。
Therefore, in the
具体的には、まず、目標値算出部100(目標値設定手段)において、吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcylの目標値として、後述するように、テーブル検索およびマップ検索のいずれかにより、目標吸入空気量Gcyl_cmdおよび目標吸気管内圧PB_cmdがそれぞれ算出される。 Specifically, first, in the target value calculation unit 100 (target value setting means), the target values of the intake pipe internal pressure PB and the intake air amount Gcyl are set by either table search or map search as will be described later. An intake air amount Gcyl_cmd and a target intake pipe internal pressure PB_cmd are respectively calculated.
次いで、応答指定型コントローラ101(非干渉化入力算出手段)では、下式(1)に示すように定義される追従入力ベクトルWが算出される。 Next, the response specifying controller 101 (non-interacting input calculating means) calculates a follow-up input vector W defined as shown in the following equation (1).
この式(1)において、TH’_cmdは、吸気管内圧PBを目標吸気管内圧PB_cmdに追従させるための追従入力であり、Liftin’_cmdは、吸入空気量Gcylを目標吸入空気量Gcyl_cmdに追従させるための追従入力である。また、記号(k)付きの各離散データは、所定の制御周期ΔT(本実施形態では10msec)に同期してサンプリングまたは算出されたデータであることを示しており、記号kは各離散データのサンプリングまたは算出サイクルの順番を表している。例えば、記号kは今回の制御タイミングでサンプリングまたは算出された値であることを、記号k−1は前回の制御タイミングでサンプリングまたは算出された値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の離散データにおいても同様である。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号(k)を適宜省略する。 In this equation (1), TH′_cmd is a follow-up input for causing the intake pipe internal pressure PB to follow the target intake pipe internal pressure PB_cmd, and Liftin′_cmd makes the intake air amount Gcyl follow the target intake air amount Gcyl_cmd. This is a follow-up input. Each discrete data with the symbol (k) indicates that the data is sampled or calculated in synchronization with a predetermined control period ΔT (10 msec in the present embodiment), and the symbol k indicates each discrete data Represents the order of sampling or calculation cycles. For example, the symbol k indicates a value sampled or calculated at the current control timing, and the symbol k-1 indicates a value sampled or calculated at the previous control timing. This also applies to the following discrete data. In the following description, the symbol (k) in each discrete data is omitted as appropriate.
この追従入力ベクトルWは、具体的には、式(2)〜(8)に示す応答指定型制御アルゴリズムにより算出される。 Specifically, this follow-up input vector W is calculated by a response designation type control algorithm expressed by equations (2) to (8).
上記式(2)に示すように、追従入力ベクトルWは、等価制御入力ベクトルWeq、到達則入力ベクトルWrchおよび適応則入力ベクトルWadpの和として算出され、この等価制御入力ベクトルWeqは、上記式(3)により算出される。同式(3)において、Sp,Sgはそれぞれ、切換関数設定パラメータであり、−1<Sp<0,−1<Sg<0が成立するように設定される。 As shown in the above equation (2), the tracking input vector W is calculated as the sum of the equivalent control input vector Weq, the reaching law input vector Wrch, and the adaptive law input vector Wadp. 3) is calculated. In the equation (3), Sp and Sg are switching function setting parameters, respectively, and are set so that -1 <Sp <0 and -1 <Sg <0 are satisfied.
また、式(2)の到達則入力ベクトルWrchは、上記式(4)により算出され、同式(4)において、Krch_p,Krch_gは、所定の到達則ゲインである。また、式(4)のσp,σgは、切換関数であり、それらを要素とする切換関数ベクトルσは、上記式(6)により算出される。同式(6)において、Sは、上記式(7)のように定義される行列であり、E’は、上記式(8)のように定義される偏差ベクトルである。 In addition, the reaching law input vector Wrch in the equation (2) is calculated by the above equation (4), and in the equation (4), Krch_p and Krch_g are predetermined reaching law gains. In addition, σp and σg in the equation (4) are switching functions, and the switching function vector σ having these as elements is calculated by the above equation (6). In the equation (6), S is a matrix defined as in the above equation (7), and E ′ is a deviation vector defined as in the above equation (8).
さらに、式(2)の適応則入力ベクトルWadpは、上記式(5)により算出され、同式(5)において、Kadp_p,Kadp_gは、所定の適応則ゲインである。 Further, the adaptive law input vector Wadp in the equation (2) is calculated by the above equation (5). In the equation (5), Kadp_p and Kadp_g are predetermined adaptive law gains.
さらに、非干渉化コントローラ102(非干渉化入力算出手段)では、応答指定型コントローラ101で算出された追従入力ベクトルW、すなわち2つの追従入力TH’_cmd,Liftin’_cmdを用い、下式(9)に示す非干渉制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルUが算出される。この非干渉化入力ベクトルUは、下式(10)のように定義される。
Further, the non-interacting controller 102 (non-interacting input calculating means) uses the following input vector W calculated by the
上記式(9)において、Fthは、非干渉化パラメータであり、後述するように、吸気管内圧PBおよび大気圧PAに応じて算出される非線形な関数値である。また、Flfも、非干渉化パラメータであり、後述するように、吸気管内圧PBおよびエンジン回転数NEに応じて算出される非線形な関数値である。さらに、Rtは、後述するように定義される係数である。なお、本実施形態では、大気圧PAおよびエンジン回転数NEがプラントの内部変数に相当する。 In the above equation (9), Fth is a non-interacting parameter, and is a non-linear function value calculated according to the intake pipe internal pressure PB and the atmospheric pressure PA, as will be described later. Flf is also a non-interacting parameter and is a non-linear function value calculated according to the intake pipe internal pressure PB and the engine speed NE, as will be described later. Furthermore, Rt is a coefficient defined as described later. In the present embodiment, the atmospheric pressure PA and the engine speed NE correspond to the internal variables of the plant.
以上のように、この制御装置1では、前述した式(2)〜(9)に示す制御アルゴリズム、すなわち応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルU(すなわち非干渉化入力目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmd)が算出される。これらの式(2)〜(9)に示す制御アルゴリズムは、以下に述べるように導出される。
As described above, this
まず、エンジン3における吸入空気量Gcylの算出式は、以下の式(11)〜(13)のように定義される。
First, the calculation formula of the intake air amount Gcyl in the
式(11)のGthは、スロットル弁11aを通過すると推定されるTH通過吸入空気量であり、式(12)により算出される。また、式(11)のRt’は、式(13)により算出される係数である。同式(13)において、Vbは吸気管内体積を、Rは所定の気体定数をそれぞれ表している。
Gth in equation (11) is the TH passing intake air amount estimated to pass through the
上記式(11)を離散時間「1」分、未来側にシフトさせ、変形すると、下式(14)が得られる。なお、式(14)のRtは、下式(15)のように定義される係数である。 When the above equation (11) is shifted to the future side by the discrete time “1” and transformed, the following equation (14) is obtained. In addition, Rt of Formula (14) is a coefficient defined as the following Formula (15).
一方、GthとTH_cmdとの間、およびGcylとLiftin_cmdとの間にはそれぞれ、下式(16),(17)のような関係が成立する。 On the other hand, the following relationships (16) and (17) are established between Gth and TH_cmd and between Gcyl and Liftin_cmd, respectively.
以上の式(16),(17)の右辺を、式(14)のGth,Gcylに代入すると、下式(18)が得られる。 Substituting the right sides of the above equations (16) and (17) into Gth and Gcyl in equation (14), the following equation (18) is obtained.
以上の式(17),(18)を1つの式にまとめて表現すると、下式(19)が得られる。 When the above formulas (17) and (18) are collectively expressed as one formula, the following formula (19) is obtained.
この式(19)は、PB,Gcylを制御量とし、TH_cmd,Liftin_cmdを制御入力とするプラント90のモデルと見なせるとともに、非干渉化パラメータFth,Flfは、このモデルのモデルパラメータと見なすことができる。この式(19)は、下式(20)〜(24)のように表現することができる。なお、以下の説明では、式(21)で表されるXを制御量ベクトルという。
This equation (19) can be regarded as a model of the
上記式(20)のように表現される干渉系のプラント90を、相互干渉のない線形な系に変換するために、制御入力ベクトルUとして、下式(25)により算出される非干渉化入力ベクトルUを用いる。なお、この式(25)は、非干渉制御則(クロスコントローラ)より導出される。
In order to convert the
この式(25)のX,A,B,Wに、上記式(21),(23),(24)の右辺および前述した式(1)の右辺をそれぞれ代入すると、下式(26)が得られる。 Substituting the right side of the above formulas (21), (23), and (24) and the right side of the above formula (1) into X, A, B, and W of this formula (25), the following formula (26) is obtained. can get.
さらに、この式(26)のGcylに、前述した式(17)の右辺を代入すると、下式(27)すなわち前述した式(9)が得られる。 Further, substituting the right side of the above-described equation (17) into Gcyl of this equation (26) yields the following equation (27), that is, the above-described equation (9).
さらに、上記式(27)の右辺を、前述した式(20)に代入し、整理すると、下式(28)が得られる。 Furthermore, the following equation (28) is obtained by substituting the right side of the equation (27) into the equation (20) described above and rearranging.
この式(28)は、追従入力ベクトルWが制御量ベクトルXとなる、相互干渉のない線形な仮想プラントのモデルを表しており、この仮想プラントは、前述したプラント90と非干渉化コントローラ102とを組み合わせたものに相当する。このような相互干渉のない線形な仮想プラントに対しては、線形コントローラの設計が可能であるので、式(28)で表される仮想プラントに対して、吸気管内圧PBを目標吸気管内圧PB_cmdに追従させるとともに、吸入空気量Gcylを目標吸入空気量Gcyl_cmdに追従させるように、応答指定型制御則を適用すると、前述した式(2)〜(8)が得られる。
This equation (28) represents a model of a linear virtual plant having no mutual interference, in which the following input vector W is the control amount vector X, and this virtual plant includes the above-described
以上のように、非干渉化コントローラ102とプラント90とを組み合わせた系は、相互干渉のない線形な仮想プラントとなるので、そのような仮想プラントに対して、式(2)〜(8)の応答指定型制御アルゴリズムにより算出された追従入力ベクトルWを入力することにより、制御量としての吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcylの双方を、相互干渉を生じることなく、互いに独立して制御することができる。すなわち、追従入力ベクトルWが非干渉化コントローラ102に入力されると、前述した式(9)の非干渉制御アルゴリズムにより算出された非干渉化入力ベクトルUが、プラント90に入力され、それにより、吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcylの双方を、相互干渉を生じることなく、互いに独立して制御できる。より具体的には、目標スロットル弁開度TH_cmdにより、吸入空気量Gcylに影響を及ぼすことなく、吸気管内圧PBを目標吸気管内圧PB_cmdに追従するように制御できるとともに、目標バルブリフトLiftin_cmdにより、吸気管内圧PBに影響を及ぼすことなく、吸入空気量Gcylを目標吸入空気量Gcyl_cmdに追従するように制御することができる。
As described above, since the system combining the
以下、図10を参照しながら、ECU2により実行される可変機構制御処理について説明する。本処理は、スロットル弁機構11および可変バルブリフト機構50をそれぞれ制御するための2つの制御入力Uth,Uliftinを算出するものであり、前述した所定の制御周期ΔT(10msec)で実行される。
Hereinafter, the variable mechanism control process executed by the
この処理では、まず、ステップ1で、エンジン始動フラグF_ENGSTARTが「1」であるか否かを判別する。このエンジン始動フラグF_ENGSTARTは、図示しない判定処理において、エンジン回転数NEおよびIG・SW30のON/OFF信号に応じて、エンジン始動制御中すなわちクランキング中であるか否かを判定することにより設定されるものであり、具体的には、エンジン始動制御中であるときには「1」に、それ以外のときには「0」にそれぞれ設定される。
In this process, first, in
この判別結果がYESで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ2に進み、目標吸入空気量の始動時用値Gcyl_cmd_crkを、エンジン水温TWに応じて、図11に示すテーブルを検索することにより算出する。 If the determination result is YES and the engine start control is being performed, the process proceeds to step 2, and the start time value Gcyl_cmd_crk of the target intake air amount is calculated by searching the table shown in FIG. 11 according to the engine coolant temperature TW. To do.
このテーブルでは、始動時用値Gcyl_cmd_crkは、エンジン水温TWが所定値TWREF1よりも高い範囲では、エンジン水温TWが低いほど、より大きな値に設定されているとともに、TW≦TWREF1の範囲では、所定値Gcylrefに設定されている。これは、エンジン水温TWが低い場合、可変バルブリフト機構50のフリクションが増大するので、それを補償するためである。
In this table, the starting value Gcyl_cmd_crk is set to a larger value as the engine coolant temperature TW is lower in the range where the engine coolant temperature TW is higher than the predetermined value TWREF1, and is set to a predetermined value in the range of TW ≦ TWREF1. It is set to Gcylref. This is for compensating for the friction of the variable
次いで、ステップ3で、目標吸入空気量Gcyl_cmdを上記始動時用値Gcyl_cmd_crkに設定する。
Next, in
次に、ステップ4に進み、目標吸気管内圧PB_cmdを算出する。この目標吸気管内圧PB_cmdは、具体的には、図12に示すように算出される。 Next, the process proceeds to step 4 to calculate a target intake pipe internal pressure PB_cmd. Specifically, the target intake pipe internal pressure PB_cmd is calculated as shown in FIG.
すなわち、まず、ステップ20で、ブレーキ作動フラグF_BRONが「1」であるか否かを判別する。このブレーキ作動フラグF_BRONは、ブレーキ・スイッチ31からON信号が出力されているときには「1」に、OFF信号が出力されているときには「0」にそれぞれ設定される。
That is, first, in
ステップ20の判別結果がNOで、ブレーキペダル19aが踏み込まれていないときには、ステップ21に進み、始動後タイマの計時値Tastおよび吸気温TAに応じて、図13に示すマップを検索することにより、目標吸気管内圧のブレーキオフ用値PB_cmd_pgを算出する。この始動後タイマは、エンジン始動制御終了後の経過時間を計時するものであり、アップカウント式のタイマで構成されている。
When the determination result of
同図13において、PB1〜PB4は、PB1<PB2<PB3<PB4の関係が成立する吸気管内圧PBの所定値であり、PB4=1atmに設定されている。この点は、後述する図14においても同様である。また、Tast1,Tast2は、Tast1<Tast2の関係が成立する所定値であり、TA1〜TA3は、TA1<TA2<TA3の関係が成立する吸気温TAの所定値である。同図に示すように、このマップでは、ブレーキオフ用値PB_cmd_pgは、吸気温TAが低いほど、より高い値に設定され、Tast1≦Tast≦Tast2の範囲では、始動後タイマの計時値Tastが小さいほど、より低い値に設定されているとともに、Tast<Tast1の範囲では、Tast2<Tastの範囲での設定値よりも低い一定値(PB1またはPB2)に設定されている。 In FIG. 13, PB1 to PB4 are predetermined values of the intake pipe internal pressure PB in which the relationship of PB1 <PB2 <PB3 <PB4 is established, and PB4 = 1 atm is set. This also applies to FIG. 14 described later. Further, Tast1 and Tast2 are predetermined values that satisfy the relationship of Tast1 <Tast2, and TA1 to TA3 are predetermined values of the intake air temperature TA that satisfy the relationship of TA1 <TA2 <TA3. As shown in the figure, in this map, the brake-off value PB_cmd_pg is set to a higher value as the intake air temperature TA is lower. In the range of Tast1 ≦ Tast ≦ Tast2, the time value Tast of the post-start timer is small. The lower value is set, and in the range of Tast <Tast1, a constant value (PB1 or PB2) lower than the set value in the range of Tast2 <Tast is set.
これは、エンジン3の始動直後は、吸気管内圧PBをより負圧側に制御することで、エンジン停止中にキャニスタ18aに吸着された蒸発燃料を、吸気管10内に適切に導入するためである。また、低温時は、燃料タンク18c内で発生する蒸発燃料の量が少ないので、スロットル弁開度THを大きな値に制御し、吸気管内圧PBをより高い値に制御することで、燃費を向上させるためである。さらに、高温時は、キャニスタ18aに吸着された蒸発燃料量が多いことに加えて、走行中に発生する蒸発燃料量も多くなるので、吸気管内圧PBを低温〜中温時よりも負圧側に制御することで、そのような多量の蒸発燃料を、吸気管10内に適切に導入するためである。
This is because, immediately after the
次いで、ステップ22で、目標吸気管内圧PB_cmdを上記ブレーキオフ用値PB_cmd_pgに設定した後、本処理を終了する。
Next, in
一方、ステップ20の判別結果がYESで、ブレーキペダル19aが踏み込まれているときには、ステップ23に進み、車速VPに応じて、図14に示すテーブルを検索することにより、目標吸気管内圧のブレーキオン用値PB_cmd_brを算出する。同図14において、VP1,VP2は、VP1<VP2の関係が成立する車速VPの所定値である。
On the other hand, when the determination result in
このテーブルでは、ブレーキオン用値PB_cmd_brは、VP1≦VP≦VP2の範囲では、車速VPが高いほど、より低い値に設定されているとともに、VP<VP1の範囲では、VP2<VPの範囲における設定値PB1よりも高い値PB2に設定されている。これは、高車速時は、低車速時よりも大きな制動力すなわちより大きなアシスト力が要求されるため、マスターバック19の負圧室内の負圧消費度合いが大きくなり、負圧室内の圧力が上昇しやすくなるので、吸気管内圧PBをより負圧側の値に制御し、負圧室内に十分な負圧を蓄えることで、必要なアシスト力を確保するためである。これとは逆に、低車速時は、要求される制動力が小さいので、吸気管内圧PBをより高い値に制御することで、ポンピングロスを低減し、燃費を向上させるためである。 In this table, the brake-on value PB_cmd_br is set to a lower value as the vehicle speed VP is higher in the range of VP1 ≦ VP ≦ VP2, and is set in the range of VP2 <VP in the range of VP <VP1. The value PB2 is set higher than the value PB1. This is because, at high vehicle speeds, a larger braking force, that is, a larger assist force is required than at low vehicle speeds, so the degree of negative pressure consumption in the negative pressure chamber of the master back 19 increases and the pressure in the negative pressure chamber increases. This is because the intake pipe internal pressure PB is controlled to a value on the negative pressure side and a sufficient negative pressure is stored in the negative pressure chamber to ensure a necessary assist force. On the contrary, since the required braking force is small at low vehicle speeds, the pumping loss is reduced and the fuel consumption is improved by controlling the intake pipe internal pressure PB to a higher value.
また、図14と前述した図13とを比較すると明らかなように、ブレーキオン用値PB_cmd_brは、ブレーキオフ用値PB_cmd_pgのTast2<Tastの範囲での設定値よりも低い値PB2に設定されている。これは、Tast2<Tastの場合、すなわちエンジン3の始動直後における蒸発燃料の吸気管10内への導入処理が終了し、通常の運転状態になった場合、ブレーキペダル19aが踏まれていないときには、吸気管内圧PBをより高い値に制御することで、ポンピングロスを低減し、燃費の向上を図る一方、ブレーキペダル19aが踏まれたときには、必要なアシスト力を適切に確保するためである。
Further, as apparent from comparing FIG. 14 with FIG. 13 described above, the brake-on value PB_cmd_br is set to a value PB2 lower than the set value in the range of Tast2 <Tast of the brake-off value PB_cmd_pg. . This is because, when Tast2 <Tast, that is, when the process of introducing the evaporated fuel into the
次いで、ステップ24で、目標吸気管内圧PB_cmdを上記ブレーキオン用値PB_cmd_brに設定した後、本処理を終了する。
Next, in
図10に戻り、ステップ4で以上のように目標吸気管内圧PB_cmdを算出した後、ステップ5に進み、目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmdを算出する。これらの値TH_cmd,Liftin_cmdは、具体的には、図15に示すように算出される。
Returning to FIG. 10, after calculating the target intake pipe internal pressure PB_cmd in
まず、ステップ30で、吸気管内圧PBと大気圧PAとの比PB/PAに応じて、図16に示すテーブルを検索することにより、非干渉化パラメータFthを算出する。
First, in
このテーブルでは、非干渉化パラメータFthは、比PB/PAが値1に近いほど、より大きい値に設定されている。これは、比PB/PAが値1に近いほど、すなわち吸気管内圧PBが大気圧PAに近い値であるほど、目標スロットル弁開度TH_cmdに対して、TH通過吸入空気量Gthがより大きな値を示すことによる。
In this table, the non-interacting parameter Fth is set to a larger value as the ratio PB / PA is closer to the
次いで、ステップ31に進み、吸気管内圧PBおよびエンジン回転数NEに応じて、図17に示すマップを検索することにより、非干渉化パラメータFlfを算出する。同図において、PB5〜PB7は、PB5<PB6<PB7が成立する吸気管内圧PBの所定値である。 Next, the routine proceeds to step 31, where a non-interacting parameter Flf is calculated by searching a map shown in FIG. 17 according to the intake pipe internal pressure PB and the engine speed NE. In the figure, PB5 to PB7 are predetermined values of the intake pipe internal pressure PB that satisfies PB5 <PB6 <PB7.
このマップでは、非干渉化パラメータFlfは、吸気管内圧PBが高いほど、より大きい値に設定されている。これは、吸気管内圧PBが高いほど、目標バルブリフトLiftin_cmdに対して、吸入空気量Gcylがより大きな値を示すことによる。また、非干渉化パラメータFlfは、PB=PB5,PB6のときには、エンジン回転数NEが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、吸気管内圧PBがそのような範囲にあるときには、エンジン回転数NEが高いほど、吸入空気量Gcylがより大きな値を示すことによる。 In this map, the non-interacting parameter Flf is set to a larger value as the intake pipe internal pressure PB is higher. This is because the intake air amount Gcyl shows a larger value with respect to the target valve lift Liftin_cmd as the intake pipe internal pressure PB is higher. Further, the non-interacting parameter Flf is set to a larger value as the engine speed NE is higher when PB = PB5 and PB6. This is because when the intake pipe internal pressure PB is in such a range, the intake air amount Gcyl shows a larger value as the engine speed NE is higher.
また、以上のように、非干渉化パラメータFlfをエンジン回転数NEに応じて算出する理由は、以下による。すなわち、本実施形態のエンジン3のような干渉系の場合、制御量PB,Gcylと制御入力TH_cmd,Liftin_cmdとの間の相互干渉の関係が、エンジン回転数NEに応じて変化するとともに、エンジン回転数NEは、運転中の変動幅が大きいものであるので、そのように変動するエンジン回転数NEに応じて非干渉化パラメータFlfを算出することにより、非干渉化入力TH_cmd,Liftin_cmdを、エンジン回転数NEの変動に伴う相互干渉の関係の変動を適切に補償できる値として算出するためである。
In addition, as described above, the reason for calculating the non-interacting parameter Flf according to the engine speed NE is as follows. That is, in the case of an interference system such as the
次いで、ステップ32に進み、目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmdを、前述した式(2)〜(9)の制御アルゴリズムにより算出した後、本処理を終了する。 Next, the routine proceeds to step 32, where the target throttle valve opening TH_cmd and the target valve lift Liftin_cmd are calculated by the control algorithm of the above-described equations (2) to (9), and then this processing is terminated.
図10に戻り、以上のように、ステップ5で目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmdを算出した後、ステップ6に進み、開度制御入力Uthおよびリフト制御入力Uliftinを算出する。これらの制御入力Uth,Uliftinは、具体的には、図18に示すように算出される。
Returning to FIG. 10, as described above, after calculating the target throttle valve opening TH_cmd and the target valve lift Liftin_cmd in
まず、ステップ40で、スロットル弁機構故障フラグF_THNGおよびリフト機構故障フラグF_LIFTNGがいずれも「0」であるか否かを判別する。このスロットル弁機構故障フラグF_THNGは、図示しない故障判定処理において、スロットル弁機構11が故障していると判定されたときには「1」に、正常であると判定されたときには「0」にそれぞれ設定される。また、リフト機構故障フラグF_LIFTNGも、図示しない故障判定処理において、可変バルブリフト機構50が故障していると判定されたときには「1」に、正常であると判定されたときには「0」にそれぞれ設定される。
First, in
ステップ40の判別結果がYESで、スロットル弁機構11および可変バルブリフト機構50がいずれも正常であるときには、ステップ41に進み、開度制御入力Uthを算出する。この開度制御入力Uthは、下式(29)〜(32)に示す目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、スロットル弁開度THを目標スロットル弁開度TH_cmdに追従させる値として算出される。
When the determination result in
上記式(29)において、Krch_thは所定の到達則ゲインを、Kadp_thは所定の適応則ゲインをそれぞれ表しており、さらに、σ_thは、式(30)のように定義される切換関数である。同式(30)において、E_thは、式(31)により算出される偏差であり、pole_thは、切換関数設定パラメータであり、−1<pole_th<0の範囲内の値に設定される。また、式(31)において、TH_cmd_fは、目標スロットル弁開度のフィルタ値であり、式(32)に示す目標値フィルタアルゴリズム(一次遅れフィルタアルゴリズム)により算出される。同式(32)において、pole_f_thは、目標値応答指定パラメータであり、−1<pole_f_th<0の範囲内の値に設定される。 In the above equation (29), Krch_th represents a predetermined reaching law gain, Kadp_th represents a predetermined adaptive law gain, and σ_th is a switching function defined as in equation (30). In the equation (30), E_th is a deviation calculated by the equation (31), and pole_th is a switching function setting parameter, and is set to a value in a range of −1 <pole_th <0. In Expression (31), TH_cmd_f is a filter value of the target throttle valve opening, and is calculated by a target value filter algorithm (first-order lag filter algorithm) shown in Expression (32). In the equation (32), pole_f_th is a target value response designation parameter, and is set to a value within a range of −1 <pole_f_th <0.
次いで、ステップ42に進み、リフト制御入力Uliftinを算出する。このリフト制御入力Uliftinは、下式(33)〜(36)に示す目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、バルブリフトLiftinを目標バルブリフトLiftin_cmdに追従させる値として算出される。 Next, the routine proceeds to step 42, where the lift control input Uliftin is calculated. The lift control input Uliftin is calculated as a value for causing the valve lift Liftin to follow the target valve lift Liftin_cmd by a target value filter type two-degree-of-freedom response designating control algorithm expressed by the following equations (33) to (36).
上記式(33)において、Krch_lfは所定の到達則ゲインを、Kadp_lfは所定の適応則ゲインをそれぞれ表しており、さらに、σ_lfは、式(34)のように定義される切換関数である。同式(34)において、E_lfは、式(35)により算出される偏差であり、pole_lfは、切換関数設定パラメータであり、−1<pole_lf<0の範囲内の値に設定される。また、式(35)において、Liftin_cmd_fは、目標バルブリフトのフィルタ値であり、式(36)に示す目標値フィルタアルゴリズム(一次遅れフィルタアルゴリズム)により算出される。同式(36)において、pole_f_lfは、目標値応答指定パラメータであり、−1<pole_f_lf<0の範囲内の値に設定される。 In the above equation (33), Krch_lf represents a predetermined reaching law gain, Kadp_lf represents a predetermined adaptive law gain, and σ_lf is a switching function defined as in equation (34). In the equation (34), E_lf is a deviation calculated by the equation (35), and pole_lf is a switching function setting parameter, and is set to a value in a range of −1 <pole_lf <0. In Expression (35), Liftin_cmd_f is a filter value of the target valve lift, and is calculated by a target value filter algorithm (first-order lag filter algorithm) shown in Expression (36). In the equation (36), pole_f_lf is a target value response designation parameter, and is set to a value within a range of −1 <pole_f_lf <0.
以上のように、ステップ42で、リフト制御入力Uliftinを算出した後、本処理を終了する。
As described above, after calculating the lift control input Uliftin in
一方、ステップ40の判別結果がNOで、スロットル弁機構11および可変バルブリフト機構50の少なくとも一方が故障しているときには、ステップ43に進み、スロットル弁機構故障フラグF_THNGが「1」であるか否かを判別する。
On the other hand, if the determination result in
この判別結果がNOで、可変バルブリフト機構50のみが故障し、スロットル弁機構11が正常であるときには、ステップ44に進み、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じて、図19に示すマップを検索することにより、目標スロットル弁開度の故障時用値TH_cmd_fsを算出する。同図において、AP1〜AP3は、AP1<AP2<AP3の関係が成立するアクセル開度APの所定値であり、この点は、後述する図21においても同様である。
If the determination result is NO, only the variable
このマップでは、故障時用値TH_cmd_fsは、アクセル開度APが大きいほど、またはエンジン回転数NEが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、アクセル開度APが大きいほど、またはエンジン回転数NEが高いほど、エンジン3に対する要求出力が大きいことで、より大きな吸入空気量が要求されることによる。
In this map, the failure value TH_cmd_fs is set to a larger value as the accelerator opening AP is larger or the engine speed NE is higher. This is because the larger the accelerator pedal opening AP or the higher the engine speed NE, the greater the required output to the
次いで、ステップ45に進み、開度制御入力Uthを算出する。この開度制御入力Uthは、下式(37)〜(40)に示す目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、スロットル弁開度THを目標スロットル弁開度の故障時用値TH_cmd_fsに追従させる値として算出される。 Next, the routine proceeds to step 45, where the opening degree control input Uth is calculated. This opening control input Uth is obtained by using the target value filter type two-degree-of-freedom response designating control algorithm represented by the following equations (37) to (40) to set the throttle valve opening TH to the value for failure of the target throttle valve opening. Calculated as a value to follow TH_cmd_fs .
上記式(39)において、TH_cmd_fs_fは、故障時用値のフィルタ値であり、式(40)により算出される。 In the above equation (39), TH_cmd_fs_f is a filter value for a failure time value, and is calculated by the equation (40).
次に、ステップ46に進み、リフト制御入力Uliftinを値0に設定した後、本処理を終了する。これにより、前述したように、バルブリフトLiftinが最小値Liftin_Lに保持される。 Next, the process proceeds to step 46, the lift control input Uliftin is set to a value of 0, and this process is terminated. Thereby, as described above, the valve lift Liftin is held at the minimum value Liftin_L.
一方、ステップ43の判別結果がYESで、少なくともスロットル弁機構11が故障しているときには、ステップ47,48で、開度制御入力Uthおよびリフト制御入力Uliftinをそれぞれ値0に設定した後、本処理を終了する。これにより、前述したように、バルブリフトLiftinが最小値Liftin_Lに、スロットル弁開度THが所定の初期開度にそれぞれ保持され、それにより、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような吸入空気量Gcylが確保される。
On the other hand, if the determination result in
図10に戻り、ステップ6で、以上のように開度制御入力Uthおよびリフト制御入力Uliftinを算出した後、本処理を終了する。
Returning to FIG. 10, in
一方、ステップ1の判別結果がNOで、エンジン始動制御中でないときには、ステップ7に進み、アクセル開度APが所定値APREFより小さいか否かを判別する。この判別結果がYESで、アクセルペダルが踏まれていないときには、ステップ8に進み、始動後タイマの計時値Tastが所定値Tastlmtより小さいか否かを判別する。
On the other hand, when the determination result of
この判別結果がYESで、Tast<Tastlmtのときには、触媒暖機制御を実行すべきであるとして、ステップ9に進み、目標吸入空気量の触媒暖機用値Gcyl_cmd_astを、始動後タイマの計時値Tastおよびエンジン水温TWに応じて、図20に示すマップを検索することにより算出する。同図において、TW1〜TW3は、TW1<TW2<TW3の関係が成立するエンジン水温TWの所定値を示している。 If the determination result is YES and Tast <Tastlmt, it is determined that the catalyst warm-up control should be executed, and the process proceeds to Step 9 where the catalyst warm-up value Gcyl_cmd_ast of the target intake air amount is set to the time count value Tast of the timer after starting. And it calculates by searching the map shown in FIG. 20 according to engine water temperature TW. In the figure, TW1 to TW3 indicate predetermined values of the engine coolant temperature TW that satisfy the relationship of TW1 <TW2 <TW3.
このマップでは、触媒暖機用値Gcyl_cmd_astは、エンジン水温TWが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン水温TWが低いほど、触媒の活性化に要する時間が長くなるので、排気ガスボリュームを大きくすることで、触媒の活性化に要する時間を短縮するためである。これに加えて、このマップでは、触媒暖機用値Gcyl_cmd_astは、始動後タイマの計時値Tastが小さい間は、計時値Tastが大きいほど、より大きな値に設定され、計時値Tastがある程度大きくなった後は、計時値Tastが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、触媒暖機制御の実行時間が経過するのに伴い、エンジン3の暖機が進むことで、フリクションが低下した場合において、吸入空気量を低減しないと、エンジン回転数NEを目標値に維持するために点火時期が過剰にリタード制御された状態となり、燃焼状態が不安定になってしまうので、それを回避するためである。
In this map, the catalyst warm-up value Gcyl_cmd_ast is set to a larger value as the engine coolant temperature TW is lower. This is because the lower the engine water temperature TW, the longer the time required for the activation of the catalyst. Therefore, by increasing the exhaust gas volume, the time required for the activation of the catalyst is shortened. In addition, in this map, the catalyst warm-up value Gcyl_cmd_ast is set to a larger value as the time value Tast is larger while the time value Tast of the post-start timer is smaller, and the time value Tast becomes somewhat larger. After that, the larger the measured value Tast, the smaller the value is set. This is because if the intake air amount is not reduced when the friction decreases due to the warm-up of the
次に、ステップ10に進み、目標吸入空気量Gcyl_cmdを上記触媒暖機用値Gcyl_cmd_astに設定する。この後、前述したように、ステップ4〜6を実行した後、本処理を終了する。
Next, the routine proceeds to step 10 where the target intake air amount Gcyl_cmd is set to the catalyst warm-up value Gcyl_cmd_ast. Thereafter, as described above, after executing
一方、ステップ7または8の判別結果がNOのとき、すなわちアクセルペダルが踏まれているとき、またはTast≧Tastlmtであるときには、ステップ11に進み、目標吸入空気量の通常時用値Gcyl_cmd_drvを、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じて、図21に示すマップを検索することにより算出する。
On the other hand, when the determination result of
このマップでは、通常時用値Gcyl_cmd_drvは、エンジン回転数NEが高いほど、またはアクセル開度APが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン回転数NEが高いほど、またはアクセル開度APが大きいほど、エンジン3に対する要求出力が大きいことで、より大きな吸入空気量が要求されることによる。
In this map, the normal time value Gcyl_cmd_drv is set to a larger value as the engine speed NE is higher or the accelerator pedal opening AP is larger. This is because the higher the engine speed NE or the greater the accelerator pedal opening AP, the greater the required output for the
次いで、ステップ12に進み、目標吸入空気量Gcyl_cmdを上記通常時用値Gcyl_cmd_drvに設定する。この後、前述したように、ステップ4〜6を実行した後、本処理を終了する。
Next, the routine proceeds to step 12, where the target intake air amount Gcyl_cmd is set to the normal value Gcyl_cmd_drv. Thereafter, as described above, after executing
以上のように、この可変機構制御処理では、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズム[式(2)〜(9)]により、2つの目標値TH_cmd,Liftin_cmdが算出されるとともに、実際の値TH,Liftinがこれらの目標値TH_cmd,Liftin_cmdに追従するように、2つの制御入力Uth,Uliftinがそれぞれ算出される。それにより、制御入力TH_cmd,Liftin_cmdとの間の相互干渉を回避しながら、吸気管内圧PBが目標吸気管内圧PB_cmdに、吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcyl_cmdにそれぞれ追従するように制御される。 As described above, in this variable mechanism control process, the two target values TH_cmd and Liftin_cmd are calculated by the control algorithm [Equations (2) to (9)] combining the response designation control algorithm and the non-interference control algorithm. In addition, the two control inputs Uth and Uliftin are calculated so that the actual values TH and Liftin follow these target values TH_cmd and Liftin_cmd. Accordingly, the intake pipe internal pressure PB is controlled to follow the target intake pipe internal pressure PB_cmd and the intake air amount Gcyl follows the target intake air amount Gcyl_cmd while avoiding mutual interference between the control inputs TH_cmd and Liftin_cmd. .
次に、本実施形態の制御装置1による可変機構制御のシミュレーション結果(以下「制御結果」という)について説明する。図22,23は、第1実施形態の制御装置1による制御結果を示しており、特に、図22は、前述した式(19)においてモデル化誤差がない場合、すなわち非干渉化パラメータFth,Flfの算出誤差がない場合の制御結果を示し、図23は、モデル化誤差がある場合の制御結果を示している。
Next, simulation results (hereinafter referred to as “control results”) of variable mechanism control by the
また、図24は、比較のために、可変機構制御処理において、非干渉制御アルゴリズムを用いることなく、応答指定型制御アルゴリズムのみにより、吸気管内圧PBを目標吸気管内圧PB_cmdに追従させるように制御するとともに、吸入空気量Gcylを目標吸入空気量Gcyl_cmdに追従させるように制御した場合の制御シミュレーション結果、すなわち干渉系の制御結果を示している。 For comparison, FIG. 24 shows that the intake pipe internal pressure PB is controlled to follow the target intake pipe internal pressure PB_cmd only by the response specifying control algorithm without using the non-interference control algorithm in the variable mechanism control process. In addition, a control simulation result when the intake air amount Gcyl is controlled to follow the target intake air amount Gcyl_cmd, that is, a control result of the interference system is shown.
まず、図24を参照すると明らかなように、この干渉系の制御結果では、目標吸気管内圧PB_cmdを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Gcyl_cmdをより大きい値にステップ状に変更すると(時刻t21)、スロットル弁開度THおよびバルブリフトLiftinがいずれも増大側に制御され、その影響により、吸気管内圧PBが目標吸気管内圧PB_cmdに対してより低い側に大きく乖離し、両者の間に、大きな偏差が発生してしまう。 First, as apparent from FIG. 24, in the control result of this interference system, when the target intake air amount Gcyl_cmd is changed to a larger value in a stepped manner while the target intake pipe internal pressure PB_cmd is kept constant (time) t21), the throttle valve opening TH and the valve lift Liftin are both controlled to increase, and as a result, the intake pipe internal pressure PB greatly deviates to the lower side with respect to the target intake pipe internal pressure PB_cmd. A large deviation will occur.
また、目標吸入空気量Gcyl_cmdを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧PB_cmdをより低い値にステップ状に変更すると(時刻t22)、スロットル弁開度THが一時的に急減するように制御されるとともに、バルブリフトLiftinが増大側に制御され、その影響により、吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcyl_cmdに対してより小さい値側に大きく乖離し、両者の間に、大きな偏差が発生してしまう。 Further, when the target intake pipe internal pressure PB_cmd is changed to a lower value in a step shape while keeping the target intake air amount Gcyl_cmd constant (time t22), the throttle valve opening TH is controlled to be temporarily decreased. In addition, the valve lift Liftin is controlled to increase, and as a result, the intake air amount Gcyl greatly deviates to a smaller value side with respect to the target intake air amount Gcyl_cmd, and a large deviation occurs between the two. End up.
さらに、目標吸気管内圧PB_cmdをより高い値に、目標吸入空気量Gcyl_cmdをより小さい値にそれぞれステップ状に変更すると(時刻t23)、吸気管内圧PBが目標吸気管内圧PB_cmdに対してオーバーシュートを生じ、両者の間に大きな偏差が発生するとともに、吸入空気量Gcylと目標吸入空気量Gcyl_cmdとの間にも、偏差が発生してしまう。 Furthermore, when the target intake pipe internal pressure PB_cmd is changed to a higher value and the target intake air amount Gcyl_cmd is changed to a smaller value in steps (time t23), the intake pipe internal pressure PB overshoots the target intake pipe internal pressure PB_cmd. As a result, a large deviation occurs between them, and a deviation also occurs between the intake air amount Gcyl and the target intake air amount Gcyl_cmd.
これに対して、図22に示すように、モデル化誤差がない場合には、目標吸気管内圧PB_cmdを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Gcyl_cmdをより大きい値にステップ状に変更した際(時刻t1)、吸気管内圧PBが目標吸気管内圧PB_cmdに対して乖離することなく、適切に追従していることが判る。 On the other hand, as shown in FIG. 22, when there is no modeling error, when the target intake air amount Gcyl_cmd is changed to a larger value in a stepped manner while the target intake pipe pressure PB_cmd is kept constant. At (time t1), it can be seen that the intake pipe internal pressure PB appropriately follows without departing from the target intake pipe internal pressure PB_cmd.
また、目標吸入空気量Gcyl_cmdを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧PB_cmdをより低い値にステップ状に変更した際(時刻t2)にも、吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcyl_cmdに対して乖離することなく、適切に追従していることが判る。 In addition, when the target intake pipe internal pressure PB_cmd is changed to a lower value in a step shape (time t2) while the target intake air amount Gcyl_cmd is kept constant, the intake air amount Gcyl is smaller than the target intake air amount Gcyl_cmd. It can be seen that they are following appropriately without any deviation.
さらに、目標吸気管内圧PB_cmdをより高い値に、目標吸入空気量Gcyl_cmdをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際(時刻t3)も、吸気管内圧PBが目標吸気管内圧PB_cmdに対して、吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcyl_cmdに対してそれぞれ適切に追従していることが判る。 Further, when the target intake pipe internal pressure PB_cmd is changed to a higher value and the target intake air amount Gcyl_cmd is changed to a smaller value in steps (time t3), the intake pipe internal pressure PB is set to the target intake pipe internal pressure PB_cmd. It can be seen that the intake air amount Gcyl appropriately follows the target intake air amount Gcyl_cmd.
また、図23に示すように、モデル化誤差がある場合には、目標吸気管内圧PB_cmdを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Gcyl_cmdをより大きい値にステップ状に変更した際(時刻t11)、前述した図22のモデル化誤差がない場合と異なり、吸気管内圧PBが目標吸気管内圧PB_cmdに対して若干の偏差を生じるものの、その偏差の度合いは、前述した図24の干渉系の制御結果よりも小さく、追従性すなわち制御精度が向上していることが判る。 Further, as shown in FIG. 23, when there is a modeling error, when the target intake air amount Gcyl_cmd is changed to a larger value in a step shape with the target intake pipe internal pressure PB_cmd kept constant (time t11) Unlike the case where there is no modeling error in FIG. 22 described above, the intake pipe internal pressure PB slightly deviates from the target intake pipe internal pressure PB_cmd. However, the degree of the deviation is that of the interference system in FIG. It is smaller than the control result, and it can be seen that the followability, that is, the control accuracy is improved.
さらに、目標吸入空気量Gcyl_cmdを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧PB_cmdをより低い値にステップ状に変更した際(時刻t12)、吸入空気量Gcylが、目標吸入空気量Gcyl_cmdに対して図22のモデル化誤差がない場合と同等の偏差を生じ、その偏差の度合いは、図24の干渉系の制御結果よりも小さく、追従性すなわち制御精度が向上していることが判る。 Further, when the target intake pipe internal pressure PB_cmd is changed to a lower value in a step shape while keeping the target intake air amount Gcyl_cmd constant (time t12), the intake air amount Gcyl is smaller than the target intake air amount Gcyl_cmd. A deviation equivalent to the case where there is no modeling error in FIG. 22 is generated, and the degree of the deviation is smaller than the control result of the interference system in FIG. 24, and it can be seen that followability, that is, control accuracy is improved.
これに加えて、目標吸気管内圧PB_cmdをより高い値に、目標吸入空気量Gcyl_cmdをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際(時刻t13)、図22のモデル化誤差がない場合と異なり、吸気管内圧PBが目標吸気管内圧PB_cmdに対して、若干のオーバーシュートを生じ、両者の間に若干の偏差を生じるとともに、吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcyl_cmdに対して若干のアンダーシュートを生じ、両者の間に若干の偏差を生じている。しかし、それらの偏差の度合いは、図24の干渉系の制御結果よりも小さく、追従性すなわち制御精度が向上していることが判る。 In addition to this, when the target intake pipe internal pressure PB_cmd is changed to a higher value and the target intake air amount Gcyl_cmd is changed to a smaller value (step t13), unlike the case where there is no modeling error in FIG. The intake pipe internal pressure PB slightly overshoots the target intake pipe internal pressure PB_cmd, causes a slight deviation therebetween, and the intake air amount Gcyl slightly undershoots the target intake air amount Gcyl_cmd. And there is a slight deviation between them. However, the degree of deviation is smaller than the control result of the interference system of FIG. 24, and it can be seen that the followability, that is, the control accuracy is improved.
以上のように、第1実施形態の制御装置1によれば、離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデル[式(19)]に基づく、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズム[式(2)〜(9)]により、非干渉化入力ベクトルUすなわち2つの非干渉化入力TH_cmd,Liftin_cmdが算出されるので、相互干渉を解消しながら、吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcylを目標吸気管内圧PB_cmdおよび目標吸入空気量Gcyl_cmdにそれぞれ精度良く追従させることができる。さらに、非干渉化入力ベクトルUの算出において、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と比べて、モデル化誤差を低減することができ、それにより、コントローラゲインKrch_p,Krch_g,Kadp_p,Kadp_gをより高い値に設定しながら、制御の安定余裕を確保することができる。これに加えて、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と異なり、切換関数を構成する変数として、制御量の微分値を用いる必要がなことによって、制御周期が短い場合でも、応答指定型制御アルゴリズムの特長であるロバスト性を確保できる。以上により、制御性および制御精度を向上させることができる。
As described above, according to the
なお、第1実施形態では、非干渉化入力ベクトルUを式(9)により算出したが、これに代えて、非干渉化入力ベクトルUを式(26)により算出するように構成してもよい。 In the first embodiment, the non-interacting input vector U is calculated by the equation (9). Instead, the non-interacting input vector U may be calculated by the equation (26). .
また、第1実施形態は、式(2)〜(9)に示すように、2つの非干渉化入力のうちの1つTH_cmdを、2つの非干渉化パラメータFth,Flfおよび制御量PBに応じて算出し、残りの非干渉化入力Liftin_cmdを、非干渉化パラメータFlfおよび制御量Gcylに応じて算出した例であるが、非干渉化入力の算出手法はこれに限らず、複数の非干渉化パラメータおよび複数の非干渉化入力の少なくとも一方に応じて、非干渉化入力を算出するものであればよい。 In the first embodiment, as shown in equations (2) to (9), one of the two non-interacting inputs TH_cmd is set according to the two non-interacting parameters Fth and Flf and the control amount PB. In this example, the remaining non-interacting input Liftin_cmd is calculated according to the non-interacting parameter Flf and the control amount Gcyl. However, the method of calculating the non-interacting input is not limited to this, and a plurality of non-interacting inputs are used. What is necessary is just to calculate the non-interacting input according to at least one of the parameter and the plurality of non-interacting inputs.
さらに、第1実施形態は、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズムにより、2つの非干渉化入力を算出した例であるが、複数の非干渉化入力の算出に用いる制御アルゴリズムはこれに限らず、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む制御アルゴリズムであればよい。 Furthermore, although 1st Embodiment is an example which calculated two non-interacting inputs by the control algorithm which combined the response designation | designated control algorithm and the non-interference control algorithm, it uses for calculation of several non-interacting inputs. The control algorithm is not limited to this, and any control algorithm including a combination of a response designating control algorithm and a non-interference control algorithm may be used.
次に、図25を参照しながら、本発明の第2実施形態に係る制御装置1Aについて説明する。なお、以下の説明では、第1実施形態と同じ構成に関しては、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。同図に示すように、この制御装置1Aは、第1実施形態と同様のプラント90を制御するものであり、目標値算出部100、2自由度応答指定型コントローラ201および非干渉化コントローラ202を備えている。なお、本実施形態では、2つのコントローラ201,202が非干渉化入力算出手段に相当する。
Next, a control device 1A according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. As shown in the figure, this control device 1A controls the
この2自由度応答指定型コントローラ201では、下式(41)〜(49)に示す目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、追従入力ベクトルWが算出される。
In this two-degree-of-freedom response
上記式(42)において、PB_cmd_f,Gcyl_cmd_fはそれぞれ、目標吸気管内圧および目標吸入空気量のフィルタ値であり、式(48)および式(49)により算出される。これらの式(48),(49)のRp,Rgは、目標値応答指定パラメータであり、−1<Rp<0,−1<Rg<0が成立する値に設定される。また、式(45)のEは、式(47)のように定義される偏差ベクトルである。 In the above equation (42), PB_cmd_f and Gcyl_cmd_f are filter values of the target intake pipe internal pressure and the target intake air amount, respectively, and are calculated by equations (48) and (49). Rp and Rg in these expressions (48) and (49) are target value response designation parameters, and are set to values that satisfy -1 <Rp <0 and -1 <Rg <0. E in Expression (45) is a deviation vector defined as in Expression (47).
以上の式(41)〜(49)は、前述した式(28)で表される仮想プラントに対して、吸気管内圧PBを目標吸気管内圧PB_cmdに追従させるとともに、吸入空気量Gcylを目標吸入空気量Gcyl_cmdに追従させるように、目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムを適用することにより、導出される。 The above formulas (41) to (49) cause the virtual plant represented by the above-described formula (28) to cause the intake pipe internal pressure PB to follow the target intake pipe internal pressure PB_cmd and the intake air amount Gcyl to be the target intake. It is derived by applying a target value filter type two-degree-of-freedom response designating control algorithm so as to follow the air amount Gcyl_cmd.
また、非干渉化コントローラ202では、前述した非干渉化コントローラ102と同様に、下式(50)により、非干渉化入力ベクトルUが算出される。
Further, the
以上の制御装置1Aにより実行される可変機構制御処理では、前述した図15のステップ32において、上述した式(41)〜(50)により、目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmdが算出され、それ以外の処理は、第1実施形態の可変機構制御処理と同様に実行される。
In the variable mechanism control process executed by the control device 1A, the target throttle valve opening TH_cmd and the target valve lift Liftin_cmd are calculated by the above-described equations (41) to (50) in
次に、第2実施形態の制御装置1Aによる可変機構制御のシミュレーション結果(以下「制御結果」という)について説明する。図26は、モデル化誤差がある場合、すなわち非干渉化パラメータFth,Flfの算出誤差がある場合の制御結果を示している。 Next, simulation results (hereinafter referred to as “control results”) of variable mechanism control by the control device 1A of the second embodiment will be described. FIG. 26 shows a control result when there is a modeling error, that is, when there is a calculation error of the non-interacting parameters Fth and Flf.
図26を参照すると明らかなように、この制御結果では、目標吸気管内圧PB_cmdを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Gcyl_cmdをより大きい値にステップ状に変更した際(時刻t31)、吸気管内圧PBと目標吸気管内圧PB_cmdとの間に発生する偏差の度合いが、前述した第1実施形態の図23のモデル化誤差がある場合の制御結果よりも小さくなっているとともに、吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcyl_cmdに対してオーバーシュートを生じておらず、制御精度が向上していることが判る。 As is apparent from FIG. 26, in this control result, when the target intake air amount Gcyl_cmd is changed to a larger value in a step shape with the target intake pipe internal pressure PB_cmd held constant (time t31), the intake air The degree of deviation generated between the pipe pressure PB and the target intake pipe pressure PB_cmd is smaller than the control result in the case where there is a modeling error in FIG. 23 of the first embodiment described above, and the intake air amount It can be seen that Gcyl does not overshoot the target intake air amount Gcyl_cmd, and the control accuracy is improved.
また、目標吸入空気量Gcyl_cmdを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧PB_cmdをより低い値にステップ状に変更した際(時刻t32)には、第1実施形態の図23の制御結果と異なり、吸気管内圧PBが目標吸気管内圧PB_cmdに対してアンダーシュートを生じていないとともに、吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcyl_cmdに対して偏差を生じておらず、制御精度が向上していることが判る。これに加えて、目標吸気管内圧PB_cmdを変更した際のスロットル弁開度THの変化度合いが、第1実施形態の制御結果(図23)よりもかなり小さくなっており、スロットル弁機構11の実際の応答性が低いことを考慮すると、制御性がより向上していることが判る。
Further, when the target intake pipe pressure PB_cmd is changed to a lower value in a step shape (time t32) while the target intake air amount Gcyl_cmd is kept constant, the control result of FIG. 23 of the first embodiment is different. The intake pipe internal pressure PB does not cause an undershoot with respect to the target intake pipe internal pressure PB_cmd, and the intake air amount Gcyl does not vary with respect to the target intake air amount Gcyl_cmd, so that the control accuracy is improved. I understand. In addition, the degree of change in the throttle valve opening TH when the target intake pipe internal pressure PB_cmd is changed is considerably smaller than the control result (FIG. 23) of the first embodiment, and the actual
さらに、目標吸気管内圧PB_cmdをより高い値に、目標吸入空気量Gcyl_cmdをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際(時刻t33)には、吸気管内圧PBが目標吸気管内圧PB_cmdに対して若干のオーバーシュートを生じているものの、その度合いが第1実施形態の図23の制御結果よりもかなり小さいとともに、吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcyl_cmdに対してアンダーシュートを生じておらず、制御精度が向上していることが判る。これに加えて、目標吸気管内圧PB_cmdを変更した際のスロットル弁開度THの変化度合いが、第1実施形態の図23の制御結果と比べて極めて小さくなっており、スロットル弁機構11の実際の応答性が低いことを考慮すると、制御性がより向上していることが判る。
Furthermore, when the target intake pipe internal pressure PB_cmd is changed to a higher value and the target intake air amount Gcyl_cmd is changed to a smaller value in steps (time t33), the intake pipe internal pressure PB becomes smaller than the target intake pipe internal pressure PB_cmd. Although a slight overshoot occurs, the degree thereof is considerably smaller than the control result of FIG. 23 of the first embodiment, and the intake air amount Gcyl does not cause an undershoot with respect to the target intake air amount Gcyl_cmd. It can be seen that the control accuracy is improved. In addition, the degree of change in the throttle valve opening TH when the target intake pipe internal pressure PB_cmd is changed is extremely small compared to the control result of FIG. 23 of the first embodiment, and the actual
以上のように構成された第2実施形態の制御装置1Aによれば、目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズム[式(41)〜(50)]により、非干渉化入力ベクトルU(すなわち2つの非干渉化入力TH_cmd,Liftin_cmd)が算出されるので、前述した第1実施形態の制御装置1と同様に、相互干渉を解消しながら、吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcylを目標吸気管内圧PB_cmdおよび目標吸入空気量Gcyl_cmdにそれぞれ精度良く追従させることができる。
According to the control device 1A of the second embodiment configured as described above, a control algorithm [formulas (41) to (41) that combines a target value filter type two-degree-of-freedom response designation control algorithm and a non-interference control algorithm. 50)], the non-interacting input vector U (that is, the two non-interacting inputs TH_cmd and Liftin_cmd) is calculated. Thus, as with the
さらに、追従入力ベクトルW(すなわち2つの追従入力TH’_cmd,Liftin’_cmd)が、式(41)〜(49)の目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムにより算出されるので、応答指定型制御アルゴリズム[式(41)〜(47)]により、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、目標値フィルタアルゴリズム[式(48),(49)]により、2つの目標値PB_cmd,Gcyl_cmdに対する実測値PB,Gcylの応答性が緩やかになる値として、2つの追従入力TH’_cmd,Gcyl’_cmdを算出することができる。これにより、非干渉化入力ベクトルU、すなわち目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmdを、高い外乱抑制能力を確保しながら、それらの変化量および変化速度が小さい値として算出できる。 Further, since the tracking input vector W (that is, two tracking inputs TH′_cmd and Liftin′_cmd) is calculated by the target value filter type two-degree-of-freedom response designating control algorithm of the equations (41) to (49), The response designating control algorithm [Equations (41) to (47)] can increase the disturbance suppression capability and suppress the decrease in controllability due to the modeling error, and at the same time, the target value filter algorithm [Equations (48), ( 49)], two follow-up inputs TH′_cmd and Gcyl′_cmd can be calculated as values at which the responsiveness of the actually measured values PB and Gcyl with respect to the two target values PB_cmd and Gcyl_cmd becomes gentle. As a result, the non-interacting input vector U, that is, the target throttle valve opening TH_cmd and the target valve lift Liftin_cmd can be calculated as values with small change amounts and change speeds while ensuring high disturbance suppression capability.
その結果、モデル化誤差すなわち非干渉化パラメータFth,Flfの算出誤差に起因して、吸気管内圧PBと目標吸気管内圧PB_cmdとの間、および吸入空気量Gcylと目標吸入空気量Gcyl_cmdとの偏差が発生した場合でも、それらの変化量および変化速度を小さい値に保持できるとともに、高い外乱抑制能力により、偏差の増大を適切に抑制することができる。以上により、制御性および制御精度をさらに向上させることができる。 As a result, a deviation between the intake pipe internal pressure PB and the target intake pipe internal pressure PB_cmd and between the intake air amount Gcyl and the target intake air amount Gcyl_cmd due to modeling errors, that is, calculation errors of the non-interacting parameters Fth and Flf. Even when this occurs, the amount of change and the rate of change can be held at a small value, and an increase in deviation can be appropriately suppressed by a high disturbance suppression capability. As described above, controllability and control accuracy can be further improved.
なお、第2実施形態は、2自由度制御アルゴリズムとして、目標値フィルタアルゴリズムと応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせたものを用いた例であるが、2自由度制御アルゴリズムはこれに限らず、目標値フィルタアルゴリズムとフィードバック制御アルゴリズムとを組み合わせたものであればよい。例えば、目標値フィルタアルゴリズムと、PID制御アルゴリズムとを組み合わせたものを用いてもよい。 The second embodiment is an example using a combination of a target value filter algorithm and a response designating control algorithm as a two-degree-of-freedom control algorithm, but the two-degree-of-freedom control algorithm is not limited to this. Any combination of the value filter algorithm and the feedback control algorithm may be used. For example, a combination of a target value filter algorithm and a PID control algorithm may be used.
次に、本発明の第3実施形態に係る制御装置1Bについて説明する。なお、以下の説明では、第1実施形態と同じ構成に関しては、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。
Next, a
図27に示すように、この制御装置1Bは、第1実施形態と同様のプラント90を制御するものであり、目標値算出部100、2自由度応答指定型コントローラ301、非干渉化コントローラ302およびオンボード同定器303を備えている。なお、本実施形態では、2つのコントローラ301,302が非干渉化入力算出手段に相当し、オンボード同定器303が同定手段に相当する。
As shown in FIG. 27, the
このオンボード同定器303では、下式(51)〜(61)に示すδ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムにより、非干渉化パラメータFth,Flfの同定値Fth_hat,Flf_hatが算出される。
In the on-
上記式(51)において、θは、その転置行列が式(57)のように定義される、非干渉化パラメータの同定値のベクトルであり、θbaseは、その転置行列が式(59)のように定義される基準値のベクトルである。同式(59)のFth_base,Flf_baseはそれぞれ、非干渉化パラメータFth,Flfの基準値であり、後述するようにテーブル検索およびマップ検索により算出される。 In the above equation (51), θ is a vector of identification values of decoupling parameters whose transpose matrix is defined as in equation (57), and θbase is a transpose matrix whose equation is as shown in equation (59). Is a vector of reference values defined in Fth_base and Flf_base in the equation (59) are reference values for the non-interacting parameters Fth and Flf, respectively, and are calculated by table search and map search as described later.
また、上記式(51)のdθは、式(60)のように定義される修正項ベクトルであり、同式(60)のdFth_hat,dFlf_hatは、基準値Fth_base,Flf_baseの修正項(補正値)である。この修正項ベクトルdθは、式(52)により算出され、この式(52)において、δは式(61)のように定義される忘却ベクトルである。同式(61)のδ1,δ2は、忘却係数であり、0<δ1≦1,0<δ2≦1が成立するように設定される。 Further, dθ in the equation (51) is a correction term vector defined as in the equation (60), and dFth_hat and dFlf_hat in the equation (60) are correction terms (correction values) of the reference values Fth_base and Flf_base. It is. The correction term vector dθ is calculated by the equation (52), and in this equation (52), δ is a forgetting vector defined as in the equation (61). In the equation (61), δ1 and δ2 are forgetting factors, and are set so that 0 <δ1 ≦ 1, 0 <δ2 ≦ 1.
さらに、式(52)のe_idは、式(53)により算出される偏差である。同式(53)のωは、後述する仮想出力であり、式(54)により算出される。また、式(53)のω_hatは、仮想出力の推定値であり、式(55)により算出される。同式(55)のξは、その転置行列が式(58)のように定義されるベクトルである。 Furthermore, e_id in Expression (52) is a deviation calculated by Expression (53). Ω in the equation (53) is a virtual output to be described later, and is calculated by the equation (54). Further, ω_hat in the equation (53) is an estimated value of the virtual output, and is calculated by the equation (55). In the equation (55), ξ is a vector whose transposed matrix is defined as in equation (58).
また、式(52)のPは、式(56)に示すように定義される2次の正方行列である。同式(56)のIは、2次の単位行列を、λ1、λ2は重みパラメータをそれぞれ表している。 Further, P in Expression (52) is a quadratic square matrix defined as shown in Expression (56). In the equation (56), I represents a secondary unit matrix, and λ1 and λ2 represent weight parameters, respectively.
以上のような同定アルゴリズムでは、式(56)の重みパラメータλ1、λ2の設定により、以下の4つの同定アルゴリズムのうちの1つが選択される。
すなわち、
λ1=1,λ2=0 ;固定ゲインアルゴリズム
λ1=1,λ2=1 ;最小2乗法アルゴリズム
λ1=1,λ2=λ ;漸減ゲインアルゴリズム
λ1=λ,λ2=1 ;重み付き最小2乗法アルゴリズム
ただし、λは、0<λ<1に設定される所定値。
なお、本実施形態のオンボード同定器303では、同定精度およびベクトルθの最適値への追従速度をいずれも最適に確保するために、重み付き最小2乗法アルゴリズムが採用されている。
In the identification algorithm as described above, one of the following four identification algorithms is selected depending on the setting of the weight parameters λ1 and λ2 of Expression (56).
That is,
λ1 = 1, λ2 = 0; fixed gain algorithm λ1 = 1, λ2 = 1; least squares algorithm
λ1 = 1, λ2 = λ; gradually decreasing gain algorithm λ1 = λ, λ2 = 1; weighted least squares algorithm where λ is a predetermined value set to 0 <λ <1.
In the on-
以上の同定アルゴリズムは、以下に述べるように導出される。まず、前述した式(18)を離散時間「1」分、過去側にシフトするとともに、非干渉化パラメータFth,Flfをその同定値Fth_hat,Flf_hatに置き換えると、下式(62)が得られる。 The above identification algorithm is derived as described below. First, the above equation (18) is shifted to the past by the discrete time “1”, and the non-interacting parameters Fth and Flf are replaced with the identification values Fth_hat and Flf_hat to obtain the following equation (62).
この式(62)の右辺のPB(k−1)を左辺に移項すると、下式(63)が得られる。 When PB (k−1) on the right side of the equation (62) is moved to the left side, the following equation (63) is obtained.
この式(63)において、左辺をωと定義し、右辺をω_hatと定義すると、前述した式(54),(55)が得られる。ここで、ωを仮想的なプラントの仮想出力と考え、ω_hatを、そのような仮想出力の推定値と考えると、式(63)は、そのような仮想的なプラントのモデルと考えることができる。したがって、仮想出力ωと仮想出力の推定値ω_hatとの偏差e_idが最小になるように、仮想的なプラントモデルのモデルパラメータの同定を行うべく、δ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムを適用すると、前述した式(51)〜(61)が導出される。 In the equation (63), when the left side is defined as ω and the right side is defined as ω_hat, the above-described equations (54) and (55) are obtained. Here, when ω is considered as a virtual output of a virtual plant and ω_hat is considered as an estimated value of such a virtual output, the equation (63) can be considered as a model of such a virtual plant. . Therefore, when the sequential identification algorithm using the δ correction method is applied to identify the model parameter of the virtual plant model so that the deviation e_id between the virtual output ω and the estimated value ω_hat of the virtual output is minimized. The above-described equations (51) to (61) are derived.
また、2自由度応答指定型コントローラ301では、前述した2自由度応答指定型コントローラ201と同じ制御アルゴリズム、すなわち前述した式(41)〜(49)に示す目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、追従入力ベクトルWが算出される。
Further, the two-degree-of-freedom response
さらに、非干渉化コントローラ302では、下式(64)により、非干渉化入力ベクトルUが算出される。この式(64)は、前述した式(50)において、非干渉化パラメータFth,Flfを同定値Fth_hat,Flf_hatに置き換えたものに相当する。
Further, the
以上の制御装置1Bにより実行される可変機構制御処理では、第1実施形態の可変機構制御処理と比べて、前述した図10のステップ5の処理のみが異なっており、それ以外の処理は、第1実施形態の可変機構制御処理と同様に実行されるので、以下、異なる点についてのみ説明する。
The variable mechanism control process executed by the
すなわち、本実施形態の可変機構制御処理では、図10のステップ5において、図28に示すように、目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmdが算出される。
That is, in the variable mechanism control process of the present embodiment, in
まず、ステップ60で、吸気管内圧PBと大気圧PAとの比PB/PAに応じて、図29に示すテーブルを検索することにより、非干渉化パラメータの基準値Fth_baseを算出する。このテーブルでは、基準値Fth_baseは、比PB/PAが値1に近いほど、より大きい値に設定されている。これは、図16の説明で述べたのと同じ理由による。
First, in
次いで、ステップ61に進み、吸気管内圧PBおよびエンジン回転数NEに応じて、図30に示すマップを検索することにより、非干渉化パラメータの基準値Flf_baseを算出する。このマップでは、基準値Flf_baseは、吸気管内圧PBが高いほど、より大きい値に設定されているとともに、PB=PB5,PB6のときには、エンジン回転数NEが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、図17の説明で述べたのと同じ理由による。 Next, the routine proceeds to step 61, where the reference value Flf_base of the non-interacting parameter is calculated by searching the map shown in FIG. 30 according to the intake pipe internal pressure PB and the engine speed NE. In this map, the reference value Flf_base is set to a larger value as the intake pipe internal pressure PB is higher. When PB = PB5 and PB6, the reference value Flf_base is set to a larger value as the engine speed NE is higher. Yes. This is due to the same reason as described in FIG.
次いで、ステップ62に進み、目標スロットル弁開度TH_cmdおよび目標バルブリフトLiftin_cmdを、前述した式(41)〜(49),(51)〜(61),(64)の制御アルゴリズムにより算出した後、本処理を終了する。 Next, the routine proceeds to step 62, where the target throttle valve opening TH_cmd and the target valve lift Liftin_cmd are calculated by the control algorithms of the aforementioned equations (41) to (49), (51) to (61), (64), This process ends.
次に、第3実施形態の制御装置1Bによる可変機構制御のシミュレーション結果(以下「制御結果」という)について説明する。図31は、モデル化誤差がある場合、すなわち非干渉化パラメータの同定値Fth_hat,Flf_hatが、非干渉化パラメータFth,Flfの実際値に対して制御開始時にずれていた場合の制御結果を示している。
Next, simulation results (hereinafter referred to as “control results”) of variable mechanism control by the
図31を参照すると明らかなように、この制御結果では、オンボード同定器303により、非干渉化パラメータの同定値Fth_hat,Flf_hatはそれぞれ、非干渉化パラメータFth,Flfの実際値に極めて近い値に算出されているものの、実際値に収束することなく、若干の誤差を生じている。この誤差は、図31が可変機構制御のシミュレーション結果であるため、2つの目標値PB_cmd,Gcyl_cmdの変化挙動が、上記誤差が発生しない条件である自己励起条件を満たすようなものとなっていないことに起因するものである。これに対して、実際の制御では、2つの目標値PB_cmd,Gcyl_cmdが、様々な周波数成分を含んだ変化挙動を示すため、上記自己励起条件が満たされることで、可変機構制御の進行に伴い、同定値Fth_hat,Flf_hatはそれぞれ、非干渉化パラメータFth,Flfの実際値に収束する値として算出される。
As apparent from FIG. 31, in this control result, the identification values Fth_hat and Flf_hat of the non-interacting parameters are set to values very close to the actual values of the non-interacting parameters Fth and Flf by the on-
また、この制御結果では、目標吸気管内圧PB_cmdを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Gcyl_cmdをより大きい値にステップ状に変更した際(時刻t41)、吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcyl_cmdに対してオーバーシュートを生じていないとともに、吸気管内圧PBと目標吸気管内圧PB_cmdとの間に、偏差が発生しておらず、前述した第2実施形態の制御結果(図26)と比較すると、制御精度が向上していることが判る。 Further, in this control result, when the target intake air amount Gcyl_cmd is changed to a larger value stepwise (time t41) while the target intake pipe internal pressure PB_cmd is kept constant, the intake air amount Gcyl becomes the target intake air amount. There is no overshoot with respect to Gcyl_cmd, and no deviation occurs between the intake pipe internal pressure PB and the target intake pipe internal pressure PB_cmd, which is compared with the control result (FIG. 26) of the second embodiment described above. Then, it can be seen that the control accuracy is improved.
さらに、目標吸入空気量Gcyl_cmdを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧PB_cmdをより低い値にステップ状に変更した際(時刻t42)には、吸気管内圧PBが目標吸気管内圧PB_cmdに対してアンダーシュートを生じておらず、第2実施形態の制御結果と同等の制御精度が確保されていることが判る。一方、吸入空気量Gcylと目標吸入空気量Gcyl_cmdとの間には、極めて小さい偏差が生じているものの、この偏差は、前述した同定値Fth_hat,Flf_hatの算出誤差に起因するものであり、そのような算出誤差は、前述したように、実際の制御では生じないので、GcylとGcyl_cmdとの間に偏差が生じることはなく、第2実施形態の制御結果と同等の制御精度を確保できる。これに加えて、目標吸気管内圧PB_cmdを変更した際のスロットル弁開度THの変化度合いも、第2実施形態の制御結果と同等になっており、同等の制御性が確保されていることが判る。 Further, when the target intake pipe internal pressure PB_cmd is changed to a lower value stepwise (time t42) while the target intake air amount Gcyl_cmd is kept constant, the intake pipe internal pressure PB is smaller than the target intake pipe internal pressure PB_cmd. It can be seen that undershoot does not occur and control accuracy equivalent to the control result of the second embodiment is ensured. On the other hand, there is a very small deviation between the intake air amount Gcyl and the target intake air amount Gcyl_cmd, but this deviation is caused by the calculation error of the identification values Fth_hat and Flf_hat described above. As described above, since the calculation error does not occur in the actual control, there is no deviation between Gcyl and Gcyl_cmd, and the control accuracy equivalent to the control result of the second embodiment can be ensured. In addition, the degree of change in the throttle valve opening TH when the target intake pipe internal pressure PB_cmd is changed is also equivalent to the control result of the second embodiment, and equivalent controllability is ensured. I understand.
さらに、目標吸気管内圧PB_cmdをより高い値に、目標吸入空気量Gcyl_cmdをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際(時刻t43)には、吸入空気量Gcylが目標吸入空気量Gcyl_cmdに対してアンダーシュートを生じていないととも、吸気管内圧PBが目標吸気管内圧PB_cmdに対してオーバーシュートを生じておらず、若干のオーバーシュートを生じる第2実施形態の制御結果と比べて、制御精度が向上していることが判る。これに加えて、目標吸気管内圧PB_cmdを変更した際のスロットル弁開度THの変化度合いも、第2実施形態の制御結果と同等になっており、同等の制御性が確保されていることが判る。 Further, when the target intake pipe pressure PB_cmd is changed to a higher value and the target intake air amount Gcyl_cmd is changed to a smaller value in steps (time t43), the intake air amount Gcyl is larger than the target intake air amount Gcyl_cmd. There is no undershoot, and the intake pipe pressure PB does not overshoot the target intake pipe pressure PB_cmd. Compared to the control result of the second embodiment in which a slight overshoot occurs, the control accuracy is higher. It turns out that it is improving. In addition, the degree of change in the throttle valve opening TH when the target intake pipe internal pressure PB_cmd is changed is also equivalent to the control result of the second embodiment, and equivalent controllability is ensured. I understand.
以上のように構成された第3実施形態の制御装置1Bによれば、逐次型同定アルゴリズムと、目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムと、非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズム[式(41)〜(49),(51)〜(61),(64)]により、非干渉化入力ベクトルU(すなわち2つの非干渉化入力TH_cmd,Liftin_cmd)が算出されるので、前述した第1および第2実施形態の制御装置1,1Aと同様に、相互干渉を解消しながら、吸気管内圧PBおよび吸入空気量Gcylを目標吸気管内圧PB_cmdおよび目標吸入空気量Gcyl_cmdにそれぞれ精度良く追従させることができる。
According to the
また、追従入力ベクトルW(すなわち2つの追従入力TH’_cmd,Gcyl’_cmd)が、目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムにより算出されるので、前述した第2実施形態の制御装置1Aと同様に、応答指定型制御アルゴリズム[式(41)〜(47)]により、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、目標値フィルタアルゴリズム[式(48),(49)]により、2つの目標値PB_cmd,Gcyl_cmdに対する実測値PB,Gcylの応答性が緩やかになる値として、2つの追従入力TH’_cmd,Gcyl’_cmdを算出することができる。 Further, since the tracking input vector W (that is, two tracking inputs TH′_cmd and Gcyl′_cmd) is calculated by a target value filter type two-degree-of-freedom response designating control algorithm, the control device of the second embodiment described above. Similarly to 1A, the response designating control algorithm [Equations (41) to (47)] can increase the disturbance suppression capability and suppress the decrease in controllability due to the modeling error, and at the same time, the target value filter algorithm [Equation (48), (49)], the two following inputs TH′_cmd and Gcyl′_cmd can be calculated as values at which the responsiveness of the actually measured values PB and Gcyl with respect to the two target values PB_cmd and Gcyl_cmd becomes gentle. .
さらに、オンボード同定器303により、非干渉化パラメータの同定値Fth_hat,Flf_hatが、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズム[式(51)〜(61)]により算出される。すなわち、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータFth,Flfが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、2つの非干渉化入力TH_cmd,Liftin_cmdを算出することができる。これにより、本実施形態のように、TH_cmd,Liftin_cmdとPB,Gcylとの間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラント90において、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御性および制御精度を確保することができる。
Further, the identification values Fth_hat and Flf_hat of the non-interacting parameters are calculated by the on-
これに加えて、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズムを用いているので、同定の開始直後、非干渉化パラメータの同定値Fth_hat,Flf_hatが、その基準値Fth_base,Flf_baseに近い値として算出されることにより、誤同定を回避することができる。さらに、忘却係数ベクトルδが修正項ベクトルdθに乗算されていることにより、所定の忘却効果が修正項ベクトルdθに付加され、その結果、同定値Fth_hat,Flf_hatが、基準値Fth_base,Flf_baseに近傍に拘束されるような状態で同定されるので、その絶対値が増大し、誤ったパラメータ同定値となる現象、すなわち非干渉化パラメータFth,Flfのドリフト現象を回避でき、それにより、制御系の安定性を確保することができるとともに、同定精度を向上させることができる。以上により、制御性および制御精度を、第2実施形態の制御装置1Aよりもさらに向上させることができる。 In addition, since the sequential identification algorithm using the δ correction method is used, immediately after the start of identification, the identification values Fth_hat and Flf_hat of the non-interacting parameters are calculated as values close to the reference values Fth_base and Flf_base. Thus, erroneous identification can be avoided. Further, by multiplying the correction term vector dθ by the forgetting coefficient vector δ, a predetermined forgetting effect is added to the correction term vector dθ. As a result, the identification values Fth_hat and Flf_hat are close to the reference values Fth_base and Flf_base. Since the identification is performed in a restrained state, the absolute value thereof increases, and a phenomenon of an erroneous parameter identification value, that is, a drift phenomenon of the non-interacting parameters Fth and Flf can be avoided, thereby stabilizing the control system. Performance can be ensured, and the identification accuracy can be improved. As described above, controllability and control accuracy can be further improved as compared with the control device 1A of the second embodiment.
なお、第3実施形態は、逐次型同定アルゴリズムとして、δ修正法を適用した同定アルゴリズム(重み付き逐次型最小2乗法アルゴリズム)を用いた例であるが、逐次型同定アルゴリズムはこれに限らず、非干渉化パラメータの同定値Fth_hat,Flf_hatを逐次同定できるものであればよい。例えば、前述した固定ゲインアルゴリズムおよび通常の最小2乗法アルゴリズムなどを用いてもよい。 The third embodiment is an example using an identification algorithm (weighted sequential least square algorithm) to which the δ correction method is applied as the sequential identification algorithm, but the sequential identification algorithm is not limited to this, Any one that can sequentially identify the identification values Fth_hat and Flf_hat of the non-interacting parameter may be used. For example, the above-described fixed gain algorithm and normal least square algorithm may be used.
また、第3実施形態は、式(51)〜(61)により、非干渉化パラメータFth,Flfの同定値Fth_hat,Flf_hatを、制御入力としての非干渉化入力TH_cmd,Liftin_cmdと、制御量としての吸気管内圧PBと、プラントの内部変数としてのエンジン回転数NEおよび大気圧PAとに応じて算出した例であるが、非干渉化パラメータの同定値の算出手法はこれに限らず、複数の非干渉化入力、複数の制御量およびプラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、逐次同定する手法であればよい。 Further, according to the third embodiment, the identification values Fth_hat and Flf_hat of the non-interacting parameters Fth and Flf are expressed by the equations (51) to (61), the non-interacting inputs TH_cmd and Liftin_cmd as control inputs, This is an example of calculation according to the intake pipe internal pressure PB, the engine speed NE and the atmospheric pressure PA as internal variables of the plant, but the method for calculating the identification value of the non-interacting parameter is not limited to this, and a plurality of non-interference parameters are calculated. Any method may be used as long as it sequentially identifies according to at least one of the interference input, a plurality of control variables, and an internal variable of the plant.
次に、図32,33を参照しながら、本発明の第4実施形態に係る制御装置1Cについて説明する。なお、以下の説明においては、前述した第1実施形態と同じ構成については同じ番号を付すとともに、その説明は省略する。この制御装置1Cは、エンジン3AのEGR制御および過給圧制御を行うものであり、このエンジン3Aは、スロットル弁機構を有しないディーゼルエンジンで構成され、ターボチャージャ装置15およびEGR制御弁16を備えている。
Next, a
ターボチャージャ装置15は、吸気管10の途中のコンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサブレード15aと、排気管14の途中のタービンハウジング内に収容されたタービンブレード15bと、2つのブレード15a,15bを一体に連結する軸15cと、ウエストゲート弁15dなどを備えている。
The
このターボチャージャ装置15では、排気管14内の排気ガスによってタービンブレード15bが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード15aも同時に回転することにより、吸気管10内の吸入空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。
In the
一方、上記ウエストゲート弁15dは、排気管14のタービンブレード15bをバイパスするバイパス排気通路14aを開閉するものであり、ECU2に接続された電磁制御弁で構成されている。このウエストゲート弁15dは、後述する過給圧制御入力UpbがECU2から入力されると、その開度が変化し、それにより、バイパス排気通路14aを流れる排気ガスの流量、言い換えればタービンブレード15bを駆動する排気ガスの流量を変化させ、過給圧を変化させる。これにより、過給圧が制御される。
On the other hand, the
また、図32に示すように、本実施形態の吸気管内圧センサ24は、吸気管10のコンプレッサブレード15aよりも下流側に設けられているので、過給圧制御が実行されている場合、吸気管内圧センサ24により検出された吸気管内圧PBは、過給圧に等しいものとなる。したがって、以下の説明では、吸気管内圧PBを「過給圧PB」という。
Further, as shown in FIG. 32, the intake pipe
一方、EGR制御弁16は、吸気管10および排気管14の間に延びるEGR通路17を開閉することにより、排気ガスを排気管14から吸気管10側に還流するEGR動作を実行するものである。EGR制御弁16は、ECU2に接続されたリニア電磁弁で構成されており、後述するEGR制御入力UegrがECU2から入力されると、そのリフトがリニアに変化する。これにより、還流ガス量すなわちEGR量Gegrが制御される。
On the other hand, the
また、このEGR制御弁16には、EGRリフトセンサ32が取り付けられている。このEGRリフトセンサ32は、EGR制御弁16のリフト(以下「EGRリフト」という)Legrを表す検出信号をECU2に出力する。
In addition, an
一方、排気管14のタービンブレード15bよりも上流側には、排気管内圧センサ33が設けられており、この排気管内圧センサ33は、排気管14内の圧力(以下「排気管内圧」という)Pexを表す検出信号をECU2に出力する。なお、本実施形態では、排気管内圧Pexがプラントの内部変数に相当する。
On the other hand, an exhaust pipe
また、エンジン3Aには、バルブタイミング切換機構80が設けられており、図示しないが、エンジン3Aの吸気カムの各々は、低速カムと、低速カムよりも高いカムノーズを有する高速カムとで構成されている。バルブタイミング切換機構80は、吸気弁を開閉駆動する吸気カムを低速カムと高速カムの間で切り換えることにより、吸気弁のバルブタイミングを、低速バルブタイミングLO.VTと高速バルブタイミングHI.VTとの間で切り換える。バルブタイミング切換機構80は、ECU2に電気的に接続されており(図33参照)、ECU2により上記切換動作が制御される。なお、本実施形態では、2つのバルブタイミングLO.VT,HI.VTがプラントの内部変数に相当する。
The
さらに、ECU2では、エアフローセンサ22の検出信号に基づいて、エアフローセンサ22付近を通過した吸気量(以下「検出吸気量」という)Ginが、前述した式(12)の左辺のGthをGinに置き換えた式により算出される。
Further, in the
また、ECU2では、後述するように、過給圧PBおよびEGRリフトLegrがそれぞれ制御され、それにより、吸入空気量Gcyl(新気量)およびEGR量Gegrがそれぞれ制御される。
Further, as will be described later, the
次に、本実施形態の制御装置1Cについて説明する。図34に示すように、この制御装置1Cは、プラント404を制御するものであり、目標値算出部400、2自由度応答指定型コントローラ401、非干渉化コントローラ402およびオンボード同定器403を備えている。なお、本実施形態では、目標値算出部400が目標値設定手段に相当し、2つのコントローラ401,402が非干渉化入力算出手段に相当し、オンボード同定器403が同定手段に相当する。
Next, the
このプラント404は、図35に示すように、目標過給圧PB_cmdおよび目標EGRリフトLegr_cmdを制御入力とし、吸入空気量GcylおよびEGR量Gegrを制御量とする干渉系として定義され、具体的には、過給圧コントローラ405、EGRコントローラ406およびエンジン3Aなどで構成されている。
As shown in FIG. 35, the
これらの目標過給圧PB_cmdおよび目標EGRリフトLegr_cmdはそれぞれ、過給圧PBおよびEGRリフトLegrの目標値であり、後述するように算出される。 These target supercharging pressure PB_cmd and target EGR lift Legr_cmd are target values of the supercharging pressure PB and EGR lift Legr, respectively, and are calculated as described later.
また、過給圧コントローラ405では、その具体的な算出式は省略するが、過給圧制御入力Upbが、前述した式(29)〜(32)と同様の目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、過給圧PBを目標過給圧PB_cmdに追従させるための値として算出され、この過給圧制御入力Upbがウエストゲート弁15dに入力されることによって、吸入空気量Gcylが制御される。
In the supercharging
さらに、EGRコントローラ406では、その具体的な算出式は省略するが、EGR制御入力Uegrが、前述した式(33)〜(36)と同様の目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、EGRリフトLegrを目標EGRリフトLegr_cmdに追従させるための値として算出され、このEGR制御入力UegrがEGR制御弁16に入力されることによって、EGR量Gegrが制御される。
Further, in the
以上のようなプラント404では、過給圧PBが目標過給圧PB_cmdに追従するように制御されると、それに伴って、吸入空気量GcylおよびEGR量Gegrの双方が変化する。さらに、EGRリフトLegrが目標EGRリフトLegr_cmdに追従するように制御されると、それに伴って、吸入空気量GcylおよびEGR量Gegrの双方が変化する。すなわち、このプラント404は、制御入力としての目標過給圧PB_cmdおよび目標EGRリフトLegr_cmdと、制御量としての吸入空気量GcylおよびEGR量Gegrとの間に相互干渉が存在する干渉系となっている。
In the
したがって、第4実施形態の制御装置1Cでは、このような干渉系のプラント404において、上記相互干渉を回避しながら、吸入空気量GcylおよびEGR量Gegrの双方を互いに独立して制御できるような制御入力すなわち非干渉化入力として、目標過給圧PB_cmdおよび目標EGRリフトLegr_cmdが以下のように算出される。なお、以下の説明では、数式中の各種のベクトル(W,U,X,A,B,C,S,σ,θ)および行列などは、それらを構成する要素が前述した第1〜第3実施形態の数式のものと異なるものの、入力、係数または関数としての機能および性質が同様のものであるので、便宜上、同じ表記および名称を用いる。
Therefore, in the
具体的には、まず、目標値算出部400において、目標吸入空気量Gcyl_cmdおよび目標EGR量Gegr_cmdがそれぞれ算出される。この場合、目標吸入空気量Gcyl_cmdは、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じて、図36に示すマップを検索することにより、算出される。同図に示すように、このマップでは、目標吸入空気量Gcyl_cmdは、アクセル開度APが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、吸入空気量Gcylを、運転者の駆動力の増大要求に応じて、より大きな値に制御するためである。
Specifically, first, the target
また、目標EGR量Gegr_cmdは、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じて、図37に示すマップを検索することにより、算出される。同図に示すように、このマップでは、目標EGR量Gegr_cmdは、アクセル開度APが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、上述したように、アクセル開度APが大きいほど、吸入空気量Gcylがより増大側に制御されるので、それに応じてEGR量Gegrも増大させるためである。また、目標EGR量Gegr_cmdは、エンジン回転数NEが中回転域にあるときに、最も大きな値になるように設定されている。これは、中回転域では、エンジン3Aが良好な燃焼状態となるので、EGR量Gegrを増大することで、排ガス特性を向上させるためである。
Further, the target EGR amount Gegr_cmd is calculated by searching a map shown in FIG. 37 according to the engine speed NE and the accelerator pedal opening AP. As shown in the figure, in this map, the target EGR amount Gegr_cmd is set to a larger value as the accelerator opening AP is larger. As described above, this is because the intake air amount Gcyl is controlled to be increased more as the accelerator opening AP is larger, so that the EGR amount Gegr is also increased accordingly. Further, the target EGR amount Gegr_cmd is set so as to be the largest value when the engine speed NE is in the middle speed range. This is because the
次いで、2自由度応答指定型コントローラ401において、下式(65)に示すように定義される追従入力ベクトルWが、下式(66)〜(74)に示す目標値フィルタ型の適応2自由度応答指定型アルゴリズムにより算出される。
Next, in the two-degree-of-freedom
上記式(65)において、PB’_cmdは、吸入空気量Gcylを目標吸入空気量Gcyl_cmdに追従させるための追従入力であり、Legr’_cmdは、EGR量Gegrを目標EGR量Gegr_cmdに追従させるための追従入力である。上記式(66)に示すように、追従入力ベクトルWは、等価制御入力ベクトルWeq、到達則入力ベクトルWrchおよび適応則入力ベクトルWadpの和として算出される。 In the above equation (65), PB′_cmd is a follow-up input for causing the intake air amount Gcyl to follow the target intake air amount Gcyl_cmd, and Legr′_cmd is for causing the EGR amount Gegr to follow the target EGR amount Gegr_cmd. Follow-up input. As shown in the above equation (66), the tracking input vector W is calculated as the sum of the equivalent control input vector Weq, the reaching law input vector Wrch, and the adaptive law input vector Wadp.
この等価制御入力ベクトルWeqは、上記式(67)により算出される。同式(67)において、Sg,Seはそれぞれ、切換関数設定パラメータであり、−1<Sg<0,−1<Se<0が成立するように設定される。また、同式(67)のHeg_hatは、後述する非干渉化パラメータHegの同定値であり、オンボード同定器403により、後述するように算出される。さらに、式(67)のGcyl_cmd_f,Gegr_cmd_fはそれぞれ、目標吸入空気量および目標EGR量のフィルタ値であり、式(73)および式(74)により算出される。これらの式(73),(74)のRg,Reは、目標値応答指定パラメータであり、−1<Rg<0,−1<Re<0が成立する値に設定される。
This equivalent control input vector Weq is calculated by the above equation (67). In the equation (67), Sg and Se are switching function setting parameters, and are set so that -1 <Sg <0 and -1 <Se <0 are satisfied. Further, Heg_hat in the equation (67) is an identification value of a non-interacting parameter Heg described later, and is calculated by the on-
また、式(66)の到達則入力ベクトルWrchは、上記式(68)により算出される。同式(68)において、Krch_g,Krch_eは、所定の到達則ゲインである。また、式(68)のσg,σeは、切換関数であり、それらを要素とする切換関数ベクトルσは、式(70)により算出される。同式(70)において、Sは、上記式(71)のように定義される行列であり、Eは、上記式(72)のように定義される偏差ベクトルである。 Further, the reaching law input vector Wrch of the equation (66) is calculated by the above equation (68). In the equation (68), Krch_g and Krch_e are predetermined reaching law gains. Also, σg and σe in Expression (68) are switching functions, and the switching function vector σ having these as elements is calculated by Expression (70). In the equation (70), S is a matrix defined as in the above equation (71), and E is a deviation vector defined as in the above equation (72).
さらに、式(66)の適応則入力ベクトルWadpは、上記式(69)により算出され、同式(69)において、Kadp_g,Kadp_eは、所定の適応則ゲインである。 Further, the adaptive law input vector Wadp in the equation (66) is calculated by the above equation (69). In the equation (69), Kadp_g and Kadp_e are predetermined adaptive law gains.
さらに、非干渉化コントローラ402では、下式(75)に示す適応非干渉制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルUが算出される。この非干渉化入力ベクトルUは、下式(76)のように定義される。
Further, the
上記式(75)において、Rcp_hat,Scp_hatは、後述する非干渉化パラメータRcp,Scpの同定値であり、オンボード同定器403により、後述するように算出される。
In the above equation (75), Rcp_hat and Scp_hat are identification values of the non-interacting parameters Rcp and Scp described later, and are calculated by the on-
一方、オンボード同定器403では、下式(77)〜(86)に示すδ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムにより、非干渉化パラメータの同定値Rcp_hat,Scp_hat,Heg_hatが算出される。
On the other hand, the on-
上記式(77)において、θは、その転置行列が式(82)のように定義される、非干渉化パラメータの同定値ベクトルであり、θbaseは、その転置行列が式(84)のように定義される基準値のベクトルである。同式(84)のRcp_base,Scp_base,Heg_baseはそれぞれ、非干渉化パラメータの基準値であり、後述するように算出される。 In the above equation (77), θ is an identification value vector of a decoupling parameter whose transpose matrix is defined as in equation (82), and θbase is a transpose matrix as in equation (84). A vector of defined reference values. Rcp_base, Scp_base, and Heg_base in the equation (84) are reference values for the non-interacting parameters, and are calculated as described later.
また、上記式(77)のdθは、式(85)のように定義される修正項ベクトルであり、同式(85)のdRcp_hat,dScp_hat,dHeg_hatはそれぞれ、基準値Rcp_base,Scp_base,Heg_baseの修正項(補正値)である。この修正項ベクトルdθは、式(78)により算出され、この式(78)において、δは式(86)のように定義される忘却ベクトルである。同式(86)のδ1〜δ3はいずれも、忘却係数であり、値0より大きくかつ値1以下の範囲内の値に設定される。
In addition, dθ in the above equation (77) is a correction term vector defined as in equation (85), and dRcp_hat, dScp_hat, and dHeg_hat in equation (85) are corrections to the reference values Rcp_base, Scp_base, and Heg_base, respectively. Term (correction value). The correction term vector dθ is calculated by the equation (78), and in this equation (78), δ is a forgetting vector defined as the equation (86). Each of δ1 to δ3 in the equation (86) is a forgetting factor, and is set to a value within a range greater than the
さらに、式(78)のe_idは、式(79)により算出される偏差である。同式(79)のGcyl_hatは、吸入空気量の推定値であり、式(80)により算出される。同式(80)のξは、その転置行列が式(83)のように定義されるベクトルである。 Furthermore, e_id in Expression (78) is a deviation calculated by Expression (79). Gcyl_hat in the equation (79) is an estimated value of the intake air amount, and is calculated by the equation (80). Ξ in the equation (80) is a vector whose transpose matrix is defined as in the equation (83).
また、式(78)のPは、式(81)に示すように定義される3次の正方行列である。同式(81)のIは、3次の単位行列を、λ1、λ2は重みパラメータをそれぞれ表している。前述したように、以上のような同定アルゴリズムでは、式(81)の重みパラメータλ1、λ2の設定により、同定アルゴリズムの特性を設定変更可能であり、本実施形態のオンボード同定器403では、同定精度およびベクトルθの最適値への追従速度をいずれも最適に確保するために、重み付き最小2乗法アルゴリズムが採用されている。
Further, P in Expression (78) is a cubic square matrix defined as shown in Expression (81). I in the equation (81) represents a cubic unit matrix, and λ1 and λ2 represent weight parameters, respectively. As described above, in the identification algorithm as described above, the characteristics of the identification algorithm can be changed by setting the weight parameters λ1 and λ2 of the equation (81). In the
以下に、前述した非干渉化パラメータの基準値Rcp_base,Scp_base,Heg_baseの算出手法について説明する。まず、非干渉化パラメータの基準値Rcp_baseは、エンジン回転数NEに応じて、図38に示すテーブルを検索することにより、算出される。同図に示すように、基準値Rcp_baseの算出に用いるテーブルは、HI.VT用およびLO.VT用の2種類のものが準備されており、バルブタイミング切換機構80によるバルブタイミングの切換状態に応じたものが選択される。また、このテーブルでは、基準値Rcp_baseは、エンジン回転数NEの変化に伴うエンジン3Aの充填効率の変化に対応するような値に設定されており、例えば、充填効率が高い領域では、より大きな値に設定されている。
Hereinafter, a method of calculating the reference values Rcp_base, Scp_base, and Heg_base of the above-described non-interacting parameters will be described. First, the non-interacting parameter reference value Rcp_base is calculated by searching the table shown in FIG. 38 according to the engine speed NE. As shown in the figure, the table used for calculating the reference value Rcp_base is HI. For VT and LO. Two types for VT are prepared, and one corresponding to the switching timing of the valve timing by the valve
また、Scp_baseは、下式(87)により算出される。なお、下式(87)のKtbは、後述するモデルのモデルパラメータであり、0<Ktb<1が成立する値に設定される。 Scp_base is calculated by the following equation (87). Note that Ktb in the following equation (87) is a model parameter of a model to be described later, and is set to a value that satisfies 0 <Ktb <1.
さらに、非干渉化パラメータの基準値Heg_baseは、排気管内圧Pexと過給圧PBとの差圧Pex−PBに応じて、図39に示すテーブルを検索することにより算出される。このテーブルでは、基準値Heg_baseは、差圧Pex−PBが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、差圧Pex−PBが大きいほど、EGR量Gegrが増大することによる。 Further, the reference value Heg_base of the non-interacting parameter is calculated by searching the table shown in FIG. 39 according to the differential pressure Pex−PB between the exhaust pipe internal pressure Pex and the supercharging pressure PB. In this table, the reference value Heg_base is set to a larger value as the differential pressure Pex−PB is larger. This is because the EGR amount Gegr increases as the differential pressure Pex-PB increases.
以上のように、この制御装置1Cでは、前述した式(77)〜(86)に示す逐次型同定アルゴリズムにより、非干渉化パラメータの同定値ベクトルθが算出され、これを用いて、前述した式(66)〜(75)に示す制御アルゴリズム、すなわち目標値フィルタ型の適応2自由度応答指定型制御アルゴリズムと適応非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルUが算出される。以上の式(66)〜(75),(77)〜(86)は、以下に述べるように導出される。
As described above, in this
まず、エンジン3Aが定常運転状態にある場合、吸入空気が吸気管10を介してシリンダ3aに到達するまでのむだ時間を考慮すると、吸入空気量Gcyl(EGR量Gegrを含まない新気量)と検出吸気量Ginとの間では、下式(88)が成立し、さらに、ターボチャージャ装置15を通過した吸入空気量Gcpと、EGR量Gegrとの間では、下式(89)が成立する。
First, when the
ここで、ターボチャージャ装置15を通過した吸入空気量Gcpは、シリンダ3aに吸入されたガス量であるので、過給圧PB、エンジン回転数NEおよびバルブタイミングで決定される充填効率をKiとすると、下式(90)のように定義できる。
Here, since the intake air amount Gcp that has passed through the
一方、過給圧PBは、ターボチャージャ装置15を介して制御されており、その制御アルゴリズムとして、応答指定型制御アルゴリズムまたは目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムなどを用いた場合、過給圧PBは目標過給圧PB_cmdに対して下式(91)のようにモデル化することができる。
On the other hand, the supercharging pressure PB is controlled through the
この式(91)の右辺を、式(90)のPBに代入すると、下式(92)〜(94)が得られる。 By substituting the right side of this formula (91) into PB of formula (90), the following formulas (92) to (94) are obtained.
さらに、上記式(89)を変形すると、下式(95)が得られ、この式(95)のGcpに、上記式(92)の右辺を代入すると、下式(96)が得られる。 Further, when the above formula (89) is modified, the following formula (95) is obtained. When the right side of the above formula (92) is substituted into Gcp of this formula (95), the following formula (96) is obtained.
さらに、この式(96)と前述した式(88)とにより、下式(97)が得られる。 Furthermore, the following expression (97) is obtained from the expression (96) and the above-described expression (88).
一方、EGR量Gegrは、排気管内圧Pexと目標EGRリフトLegr_cmdを用い、下式(98)のように表現することができ、さらに、この式(98)を離散時間「1」分、未来側にシフトすると、下式(99)が得られる。 On the other hand, the EGR amount Gegr can be expressed as the following equation (98) using the exhaust pipe internal pressure Pex and the target EGR lift Legr_cmd, and further, this equation (98) is expressed by the discrete time “1” for the future side. When shifting to, the following equation (99) is obtained.
以上の式(97),(99)をまとめて表現すると、下式(100)のようになる。 When the above formulas (97) and (99) are expressed together, the following formula (100) is obtained.
この式(100)は、Gcyl,Gegrを制御量とし、PB_cmd,Legr_cmdを制御入力とする干渉系のプラント404のモデルと見なせるとともに、下式(101)〜(107)のように表現することができる。
This equation (100) can be regarded as a model of an
上記式(101)のように表現される干渉系のプラント404を、相互干渉のない線形な系に変換するために、制御入力ベクトルUとして、下式(108)により算出される非干渉化入力ベクトルUを用いる。なお、この式(108)は、非干渉制御則(クロスコントローラ)より導出される。
In order to convert the
この式(108)のB,A,X,C,D,Wに、上記式(106),(105),(102),(107),(104)の右辺および前述した式(65)の右辺をそれぞれ代入すると、下式(109)が得られる。 In B, A, X, C, D, and W of the formula (108), the right side of the formulas (106), (105), (102), (107), and (104) and the formula (65) described above are used. Substituting each right side, the following equation (109) is obtained.
さらに、この式(109)のGegrに、前述した式(99)の右辺を代入すると、下式(110)が得られる。 Furthermore, the following equation (110) is obtained by substituting the right side of equation (99) described above into Gegr of equation (109).
この式(110)において、左辺をUに置き換えるとともに、運転状態の変化や経年変化に伴う非干渉化パラメータRcp,Scp,Hegの変化を補償するために、非干渉化パラメータRcp,Scp,Hegを、同定値Rcp_hat,Scp_hat,Heg_hatにそれぞれ置き換えると、前述した式(75)の制御アルゴリズム、すなわち非干渉化コントローラ402の制御アルゴリズムが得られる。
In this equation (110), the left side is replaced with U, and in order to compensate for changes in the non-interacting parameters Rcp, Scp, and Heg due to changes in operating conditions and aging, the non-interacting parameters Rcp, Scp, and Heg are changed. When the identification values Rcp_hat, Scp_hat, and Heg_hat are respectively replaced, the control algorithm of the above-described equation (75), that is, the control algorithm of the
さらに、上記式(110)の右辺を、前述した式(101)のUに代入し、整理すると、下式(111)が得られる。 Further, the following equation (111) is obtained by substituting the right side of the above equation (110) into U of the above equation (101) and rearranging.
この式(111)は、追従入力ベクトルWが制御量ベクトルXとなる、相互干渉のない線形な仮想プラントのモデルを表しており、この仮想プラントは、前述したプラント4040と非干渉化コントローラ402とを組み合わせたものに相当する。前述したように、このような相互干渉のない線形な仮想プラントに対しては、線形コントローラの設計が可能であるので、式(111)で表される仮想プラントに対して、吸入空気量Gcylを目標吸入空気量Gcyl_cmdに追従させるとともに、EGR量Gegrを目標EGR量Gegr_cmd追従させるように、目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御則を適用すると、下式(112)〜(120)が得られる。
This equation (111) represents a model of a linear virtual plant having no mutual interference, in which the following input vector W is the control amount vector X. The virtual plant includes the plant 4040 and the
以上の式(112)〜(120)において、前述した理由により、非干渉化パラメータRcp,Scp,Hegを、同定値Rcp_hat,Scp_hat,Heg_hatにそれぞれ置き換えると、前述した式(66)〜(74)の制御アルゴリズム、すなわち2自由度応答指定型コントローラ401の制御アルゴリズムが得られる。
In the above formulas (112) to (120), when the non-interacting parameters Rcp, Scp, and Heg are replaced with the identification values Rcp_hat, Scp_hat, and Heg_hat, respectively, for the above-described reasons, the above formulas (66) to (74). That is, the control algorithm of the two-degree-of-freedom response
一方、前述した式(77)〜(86)の同定アルゴリズムは、以下に述べるように導出される。まず、前述した式(97)のGegrに式(98)の右辺を代入すると、下式(121)が得られる。 On the other hand, the identification algorithms of the aforementioned equations (77) to (86) are derived as described below. First, the following equation (121) is obtained by substituting the right side of equation (98) into Gegr of equation (97) described above.
この式(121)を離散時間「1」分、過去側にシフトするとともに、吸入空気量Gcylをその推定値Gcyl_hatに置き換え、非干渉化パラメータRcp,Scp,Hegをそれぞれ同定値Rcp_hat,Scp_hat,Heg_hatに置き換えると、下式(122)が得られる。 This equation (121) is shifted to the past by the discrete time “1”, the intake air amount Gcyl is replaced with the estimated value Gcyl_hat, and the non-interacting parameters Rcp, Scp, Heg are respectively identified values Rcp_hat, Scp_hat, Heg_hat. Is replaced by the following formula (122).
この式(122)は、仮想的なプラントのモデルと考えることができ、前述したように、Gcyl(k+1)=Gin(k)であるので、検出吸気量Ginと吸入空気量の推定値Gcyl_hatとの偏差e_idが最小になるように、仮想的なプラントモデルのモデルパラメータの同定を行うべく、δ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムを適用すると、前述した式(77)〜(86)が導出される。 This equation (122) can be considered as a virtual plant model. As described above, since Gcyl (k + 1) = Gin (k), the detected intake air amount Gin and the estimated intake air amount Gcyl_hat When the sequential identification algorithm using the δ correction method is applied in order to identify the model parameter of the virtual plant model so that the deviation e_id of the above is minimized, the above-described equations (77) to (86) are derived. Is done.
以上のように構成された第4実施形態の制御装置1Cによれば、離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデル[式(100)]に基づく、目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた所定の制御アルゴリズム[式(66)〜(75)]により、非干渉化入力ベクトルUすなわち2つの非干渉化入力PB_cmd,Legr_cmdが算出されるので、相互干渉を解消しながら、吸入空気量GcylおよびEGR量Gegrを、目標吸入空気量Gcyl_cmdおよび目標EGR量Gegr_cmdにそれぞれ精度良く追従させることができる。
According to the
さらに、非干渉化入力ベクトルUの算出において、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と比べて、モデル化誤差を低減することができ、それにより、コントローラゲインKrch_g,Krch_e,Kadp_g,Kadp_eをより高い値に設定しながら、制御の安定余裕を確保することができる。これに加えて、離散時間系モデルを用いるので、連続時間系モデルを用いる従来の場合と異なり、切換関数を構成する変数として、制御量の微分値を用いる必要がないことによって、制御周期が短い場合でも、応答指定型制御アルゴリズムの特長であるロバスト性を確保できる。 Further, since the discrete-time system model is used in the calculation of the non-interacting input vector U, the modeling error can be reduced as compared with the conventional case using the continuous-time system model, whereby the controller gain Krch_g, While setting Krch_e, Kadp_g, and Kadp_e to higher values, it is possible to ensure a stable control margin. In addition to this, since the discrete time system model is used, unlike the conventional case using the continuous time system model, it is not necessary to use the differential value of the controlled variable as a variable constituting the switching function, so that the control cycle is short. Even in this case, it is possible to ensure the robustness that is a feature of the response assignment control algorithm.
また、追従入力ベクトルW(すなわち2つの追従入力Gcyl’_cmd,Gegr’_cmd)が、目標値フィルタ型の2自由度応答指定型制御アルゴリズムにより算出されるので、応答指定型制御アルゴリズム[式(66)〜(72)]により、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、目標値フィルタアルゴリズム[式(73),(74)]により、2つの目標値Gcyl_cmd,Gegr_cmdに対する実測値Gcyl,Gegrの応答性が緩やかになる値として、2つの追従入力Gcyl’_cmd,Gegr’_cmdを算出することができる。 In addition, since the tracking input vector W (that is, two tracking inputs Gcyl′_cmd and Gegr′_cmd) is calculated by the target value filter type two-degree-of-freedom response designating control algorithm, the response designating control algorithm [Expression (66 ) To (72)] can improve disturbance suppression capability and suppress deterioration of controllability due to modeling errors, and at the same time, two target values by the target value filter algorithm [Equations (73), (74)]. The two following inputs Gcyl′_cmd and Gegr′_cmd can be calculated as values at which the responsiveness of the actually measured values Gcyl and Gegr with respect to Gcyl_cmd and Gegr_cmd becomes gentle.
さらに、オンボード同定器403により、非干渉化パラメータの同定値Rcp_hat,Scp_hat,Heg_hatが、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズム[式(77)〜(86)]により算出される。すなわち、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータRcp,Scp,Hegが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、2つの非干渉化入力Gcyl_cmd,Gegr_cmdを算出することができる。これにより、本実施形態のように、制御入力PB_cmd,Legr_cmdと制御量Gcyl,Gegrとの間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラント404において、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御性および制御精度を確保することができる。
Further, the identification values Rcp_hat, Scp_hat, and Heg_hat of the non-interacting parameters are calculated by the on-
これに加えて、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズムを用いているので、同定の開始直後、非干渉化パラメータの同定値Rcp_hat,Scp_hat,Heg_hatが、その基準値Rcp_base,Scp_base,Heg_baseに近い値として算出されることにより、誤同定を回避することができる。さらに、忘却係数ベクトルδが修正項ベクトルdθに乗算されていることにより、所定の忘却効果が修正項ベクトルdθに付加され、その結果、同定値Rcp_hat,Scp_hat,Heg_hatが、基準値Rcp_base,Scp_base,Heg_baseに近傍に拘束されるような状態で同定されるので、同定精度を向上させることができる。以上により、制御性および制御精度を向上させることができる。 In addition, since the sequential identification algorithm using the δ correction method is used, immediately after the start of identification, the identification values Rcp_hat, Scp_hat, Heg_hat of the non-interacting parameters are close to the reference values Rcp_base, Scp_base, Heg_base. By calculating as a value, erroneous identification can be avoided. Further, by multiplying the correction term vector dθ by the forgetting coefficient vector δ, a predetermined forgetting effect is added to the correction term vector dθ. As a result, the identification values Rcp_hat, Scp_hat, Heg_hat are converted into the reference values Rcp_base, Scp_base, Since the identification is performed in a state of being constrained in the vicinity by Heg_base, the identification accuracy can be improved. As described above, controllability and control accuracy can be improved.
なお、第4実施形態では、非干渉化入力ベクトルUを式(75)により算出したが、EGR量Gegrを直接的に検出する検出手段がエンジン3Aに設けられている場合には、前述した式(109)において、非干渉化パラメータRcp,Scp,Hegを同定値Rcp_hat,Scp_hat,Heg_hatに置き換えた式により、非干渉化入力ベクトルUを算出してもよい。
In the fourth embodiment, the non-interacting input vector U is calculated by the equation (75). However, when the
さらに、以上の各実施形態は、本発明の制御装置を、2つの制御入力と2つの制御量との間に相互干渉が存在する干渉系のプラントに適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、3つ以上の制御入力と3つ以上の制御量との間に相互干渉が存在する干渉系のプラントに対しても、適用可能である。 Further, each of the above embodiments is an example in which the control device of the present invention is applied to an interference system plant in which mutual interference exists between two control inputs and two control amounts. The apparatus is not limited to this, and can also be applied to an interference plant in which mutual interference exists between three or more control inputs and three or more control amounts.
また、以上の各実施形態は、本発明の制御装置を、干渉系のプラントとしての、内燃機関の吸気系の駆動機構の制御に適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、他の産業機器などの干渉系のプラントの制御に適用可能であることは言うまでもない。 Further, each of the above embodiments is an example in which the control device of the present invention is applied to control of an intake system drive mechanism of an internal combustion engine as an interference plant, but the control device of the present invention is not limited thereto. Needless to say, the present invention can be applied to control of an interference plant such as other industrial equipment.
1 制御装置
1A〜1C 制御装置
2 ECU(目標値設定手段、非干渉化入力算出手段、同定手段)
3 内燃機関
4 吸気弁
90 プラント
100 目標値算出部(目標値設定手段)
101 応答指定型コントローラ(非干渉化入力算出手段)
102 非干渉化コントローラ(非干渉化入力算出手段)
201 2自由度応答指定型コントローラ(非干渉化入力算出手段)
202 非干渉化コントローラ(非干渉化入力算出手段)
301 2自由度応答指定型コントローラ(非干渉化入力算出手段)
302 非干渉化コントローラ(非干渉化入力算出手段)
303 オンボード同定器(同定手段)
400 目標値算出部(目標値設定手段)
401 2自由度応答指定型コントローラ(非干渉化入力算出手段)
402 非干渉化コントローラ(非干渉化入力算出手段)
403 オンボード同定器(同定手段)
404 プラント
TH スロットル弁の開度
TH_cmd 目標スロットル弁開度(制御入力、非干渉化入力)
Liftin 吸気弁のリフト
Liftin_cmd 目標バルブリフト(制御入力、非干渉化入力)
PB 吸気管内の圧力(吸気通路内の圧力、制御量)
PB_cmd 目標吸気管内圧(目標値)
Gcyl 吸入空気量(制御量)
Gcyl_cmd 目標吸入空気量(目標値)
Fth 非干渉化パラメータ
Fth_hat 同定値
Fth_base 基準値
dFth_hat 修正項(補正値)
Flf 非干渉化パラメータ
Flf_hat 同定値
Flf_base 基準値
dFlf_hat 修正項(補正値)
NE エンジン回転数(プラントの内部変数)
PA 大気圧(プラントの内部変数)
PB 過給圧
PB_cmd 目標過給圧(制御入力、非干渉化入力)
Gcyl 吸入空気量(制御量)
Gcyl_cmd 目標吸入空気量(目標値)
Legr_cmd 目標EGRリフト(制御入力、非干渉化入力)
Gegr EGR量(制御量)
Gegr_cmd 目標EGR量(目標値)
Rcp 非干渉化パラメータ
Rcp_hat 同定値
Rcp_base 基準値
dRcp_hat 修正項(補正値)
Scp 非干渉化パラメータ
Scp_hat 同定値
Scp_base 基準値
dScp_hat 修正項(補正値)
Heg 非干渉化パラメータ
Heg_hat 同定値
Heg_base 基準値
dHeg_hat 修正項(補正値)
HI.VT 高速バルブタイミング(プラントの内部変数)
LO.VT 低速バルブタイミング(プラントの内部変数)
Pex 排気管内圧(プラントの内部変数)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
101 Response designation type controller (non-interacting input calculation means)
102 Decoupling controller (Decoupling input calculation means)
201 2-degree-of-freedom response designation type controller (non-interacting input calculation means)
202 Decoupling controller (Decoupling input calculation means)
301 2-degree-of-freedom response designation type controller (non-interacting input calculation means)
302 Decoupling controller (Decoupling input calculation means)
303 On-board identifier (identification means)
400 Target value calculation unit (target value setting means)
401 2-degree-of-freedom response designation type controller (non-interacting input calculation means)
402 Decoupling controller (Decoupling input calculation means)
403 On-board identifier (identification means)
404 plant
TH Opening of throttle valve TH_cmd Target throttle valve opening (control input, non-interacting input)
Liftin intake valve lift Liftin_cmd Target valve lift (control input, non-interacting input)
PB Pressure in intake pipe (pressure in intake passage, control amount)
PB_cmd Target intake pipe pressure (target value)
Gcyl intake air amount (control amount)
Gcyl_cmd Target intake air amount (target value)
Fth Decoupling parameter Fth_hat Identification value Fth_base Reference value dFth_hat Correction term (correction value)
Flf Decoupling parameter Flf_hat Identification value Flf_base Reference value dFlf_hat Correction term (correction value)
NE engine speed (plant internal variable)
PA atmospheric pressure (plant internal variable)
PB supercharging pressure PB_cmd Target supercharging pressure (control input, non-interacting input)
Gcyl intake air amount (control amount)
Gcyl_cmd Target intake air amount (target value)
Legr_cmd Target EGR lift (control input, non-interacting input)
Gegr EGR amount (control amount)
Gegr_cmd Target EGR amount (target value)
Rcp Decoupling parameter Rcp_hat Identification value Rcp_base Reference value dRcp_hat Correction term (correction value)
Scp Decoupling parameter Scp_hat Identification value Scp_base Reference value dScp_hat Correction term (correction value)
Heg non-interacting parameter Heg_hat identification value Heg_base reference value dHeg_hat correction term (correction value)
HI. VT high speed valve timing (plant internal variable)
LO. VT Low-speed valve timing (plant internal variable)
Pex Exhaust pipe internal pressure (plant internal variable)
Claims (6)
前記複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記プラントを離散時間系モデルとしてモデル化したプラントモデルに基づく、所定の応答指定型制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の制御入力を、前記複数の制御量を前記複数の目標値にそれぞれ追従させるための、前記相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段と、
を備え、
前記プラントモデルは、前記複数の制御入力と前記複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、
前記非干渉化入力算出手段は、前記複数の非干渉化パラメータおよび前記複数の制御量の少なくとも1つに応じて、前記所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、
前記複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、逐次同定する同定手段をさらに備え、
当該同定手段は、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、前記複数の非干渉化パラメータの基準値を算出し、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値を算出するとともに、前記複数の非干渉化パラメータの基準値を当該複数の補正値でそれぞれ補正することにより、前記複数の非干渉化パラメータを同定することを特徴とするプラントの制御装置。 A plant control apparatus in which mutual interference exists between a plurality of control inputs and a plurality of control amounts,
Target value setting means for setting a plurality of target values to be the targets of the plurality of control amounts;
Based on a plant model obtained by modeling the plant as a discrete time system model, the plurality of control inputs are obtained by a predetermined control algorithm including a combination of a predetermined response designating control algorithm and a predetermined non-interference control algorithm. A non-interacting input calculating means for calculating each of the control amounts as a plurality of non-interacting inputs for canceling the mutual interference for following the plurality of target values, respectively.
Equipped with a,
The plant model includes a plurality of decoupling parameters for defining a relationship between the plurality of control inputs and the plurality of control amounts,
The non-interacting input calculating means calculates the plurality of non-interacting inputs by the predetermined control algorithm according to at least one of the plurality of non-interacting parameters and the plurality of control amounts,
An identification means for sequentially identifying each of the plurality of non-interacting parameters according to at least one of the plurality of non-interacting inputs, the plurality of control variables, and an internal variable of the plant;
The identification means calculates a reference value of the plurality of non-interacting parameters according to at least one of the plurality of non-interacting inputs, the plurality of controlled variables, and an internal variable of the plant, and According to at least one of the interference input, the plurality of control variables, and the internal variable of the plant, a plurality of correction values are calculated by a predetermined sequential identification algorithm, and reference values of the plurality of non-interference parameters are set. A plant control apparatus , wherein the plurality of non-interacting parameters are identified by correcting each of the plurality of correction values .
前記複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記プラントをモデル化したプラントモデルに基づく、所定の目標値フィルタ型の2自由度制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の制御入力を、前記複数の制御量を前記複数の目標値にそれぞれ追従させるための、前記相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段と、
を備え、
前記所定の目標値フィルタ型の2自由度制御アルゴリズムは、所定の目標値フィルタアルゴリズムと所定のフィードバック制御アルゴリズムとを組み合わせた目標値フィルタ型の2自由度フィードバック制御アルゴリズムであることを特徴とするプラントの制御装置。 A plant control apparatus in which mutual interference exists between a plurality of control inputs and a plurality of control amounts,
Target value setting means for setting a plurality of target values to be the targets of the plurality of control amounts;
Based on a plant model obtained by modeling the plant, the plurality of control inputs are obtained by a predetermined control algorithm including a combination of a predetermined target value filter type two-degree-of-freedom control algorithm and a predetermined non-interference control algorithm. A non-interacting input calculating means for calculating each of the control amounts as a plurality of non-interacting inputs for canceling the mutual interference for following the plurality of target values, respectively.
With
The predetermined target value filter type two degree of freedom control algorithm is a target value filter type two degree of freedom feedback control algorithm in which a predetermined target value filter algorithm and a predetermined feedback control algorithm are combined. Control device.
当該プラントをモデル化したプラントモデルに基づく、所定の非干渉制御アルゴリズムを含む所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の制御入力を、前記相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段を備え、
前記プラントモデルは、前記複数の制御入力と前記複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、
前記非干渉化入力算出手段は、前記複数の非干渉化パラメータおよび前記複数の制御量の少なくとも1つに応じて、前記所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、
前記複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、逐次同定する同定手段をさらに備え、
前記同定手段は、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、前記複数の非干渉化パラメータの基準値を算出し、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記プラントの内部変数の少なくとも1つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値を算出するとともに、前記複数の非干渉化パラメータの基準値を当該複数の補正値でそれぞれ補正することにより、前記複数の非干渉化パラメータを同定することを特徴とするプラントの制御装置。 A plant control apparatus in which mutual interference exists between a plurality of control inputs and a plurality of control amounts,
The plurality of control inputs are respectively calculated as a plurality of non-interacting inputs for eliminating the mutual interference by a predetermined control algorithm including a predetermined non-interference control algorithm based on a plant model obtained by modeling the plant. A non-interacting input calculating means,
The plant model includes a plurality of decoupling parameters for defining a relationship between the plurality of control inputs and the plurality of control amounts,
The non-interacting input calculating means calculates the plurality of non-interacting inputs by the predetermined control algorithm according to at least one of the plurality of non-interacting parameters and the plurality of control amounts,
An identification means for sequentially identifying each of the plurality of non-interacting parameters according to at least one of the plurality of non-interacting inputs, the plurality of control variables, and an internal variable of the plant ;
The identification means calculates a reference value of the plurality of non-interacting parameters according to at least one of the plurality of non-interacting inputs, the plurality of controlled variables, and an internal variable of the plant, and According to at least one of the interference input, the plurality of control variables, and the internal variable of the plant, a plurality of correction values are calculated by a predetermined sequential identification algorithm, and reference values of the plurality of non-interference parameters are set. A plant control apparatus , wherein the plurality of non-interacting parameters are identified by correcting each of the plurality of correction values .
前記複数の制御入力は、前記内燃機関のスロットル弁開度を制御するための値、および前記内燃機関の吸気弁のリフトを制御するための値であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のプラントの制御装置。The plurality of control inputs are values for controlling the throttle valve opening of the internal combustion engine and values for controlling the lift of the intake valve of the internal combustion engine. The control apparatus of the plant in any one.
前記複数の制御入力は、前記内燃機関の過給圧を制御するための値、および前記内燃機関のEGR量を制御するための値であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のプラントの制御装置。5. The control input according to claim 1, wherein the plurality of control inputs are a value for controlling a supercharging pressure of the internal combustion engine and a value for controlling an EGR amount of the internal combustion engine. The plant control device described.
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