CN103732895A - 滑模控制器和内燃机***控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用自适应滑模控制来对控制对象***进行控制的滑模控制器。另外，本发明涉及使用自适应滑模控制来控制内燃机***的内燃机***控制装置。本发明的特征在于，具备自适应律输入项学习单元，其以将自适应滑模控制中的趋近律输入项的稳定偏差转入自适应律输入项的方式学习自适应律输入项。

Description

滑模控制器和内燃机***控制装置

技术领域

本发明涉及使用自适应滑模控制对控制对象***进行控制的滑模控制器。另外，本发明涉及使用自适应滑模控制来控制内燃机***（包括内燃机及其附带的装置）的内燃机***控制装置。

背景技术

对于各种***而言适用滑模控制（滑动模态控制）的尝试从以往以来广泛进行。滑模控制是指如下这样的可变构造型的反馈控制方法：预先构筑由切换函数表示的超平面（切换超平面），通过趋近律输入使控制对象的状态量在超平面上收敛（趋近模式），进而，在超平面上约束所述状态量的同时通过等价控制输入使其收敛于预定的点（滑动模式）。在此，切换函数是以控制对象的状态量为变量的线性函数。

在该滑模控制中，一旦使状态量在超平面上收敛，则以后几乎不会受到干扰等的影响，而能够使状态量稳定地收敛于超平面上的预定的平衡点（收敛点）。但是，在状态量收敛于超平面上之前（即在趋近模式中），会受到干扰等的影响。

因此，对于各种***而言适用自适应滑模控制的尝试也从以往以来广泛进行。自适应滑模控制在进行状态量向超平面的收敛时，除了使用通常的滑模控制的趋近律输入，还使用自适应律输入（依存于切换函数的时间积分的输入）。使用该自适应律输入实质上相当于移动超平面本身。通过使用这样的自适应滑模控制，能够以更高的稳定性实现状态量向目标值的收敛。

此外，滑模控制和自适应滑模控制是周知的技术，例如，在野波健藏、田宏奇著作的“滑模控制-非线性鲁棒控制的设计理论-”（株式会社日冕社、1994年）中有详细记载。另外，作为对包括车辆的内燃机***的控制（例如，空燃比控制、EGR控制、阀门***控制、制动控制、变速器控制等。）的自适应滑模控制的适用例，例如，参照专利第3261038号公报（日本特开平9-273440号公报）、专利第3261059号公报（日本特开平9-324681号公报）、专利第3819257号公报（日本特开2002-364430号公报）、专利第4145520号公报（日本特开2003-155938号公报）、专利第4263448号公报（日本特开2004-114764号公报）、美国专利第5，845，491号说明书、美国专利第7，813，867号说明书等。

现有技术文献

专利文献1：专利第3261038号公报（日本特开平9-273440号公报）

专利文献2：专利第3261059号公报（日本特开平9-324681号公报）

专利文献3：专利第3819257号公报（日本特开2002-364430号公报）

专利文献4：专利第4145520号公报（日本特开2003-155938号公报）

专利文献5：专利第4263448号公报（日本特开2004-114764号公报）

专利文献6：美国专利第5，845，491号说明书

专利文献7：美国专利第7，813，867号说明书

发明内容

在以往的这种装置中，状态量的最终收敛值的因***个体差异等导致的偏差被自适应律输入项吸收。因此，状态量向超平面上的收敛速度根据每个***个体而变化。因此，在以往的这种装置中，关于状态量向目标值的跟随性能，有进一步改善的余地。本发明是为了应对所述问题而提出的。

本发明的特征在于，具备自适应律输入项学习单元，该自适应律输入项学习单元以将自适应滑模控制中的趋近律输入项的稳定偏差转入自适应律输入项的方式学习所述自适应律输入项。

在具备所述结构的本发明的装置中，在因***个体差异等而在所述趋近律输入项产生了所述稳定偏差的情况下，所述稳定偏差被转入（更换或替换到）所述自适应律输入项。由此，尽可能地抑制了所述趋近律输入项振动地动作，因此，尽可能地抑制了控制对象***（内燃机***等）振动地动作。因此，根据本发明，能够得到所述控制对象***中的控制对象量即状态量（作为内燃机***的具体例为增压压力等）的向目标值的良好的跟随性能。

此外，所述自适应律输入项学习单元可以按所述控制对象***的每个运转区域（作为内燃机***的具体例为内燃机转速、内燃机负荷等）学习所述自适应律输入项。由此，即使在***个体差异的影响伴随所述控制对象***的运转状态的变化而变化这样的情况下，也能够得到所述状态量的向所述目标值的良好的跟随性能。

具体而言，可以按表示所述控制对象***的状态的、与构成所述运转区域的参数不同的多个参数（作为内燃机***的具体例为冷却水温、外部气温等）的每一个而具有自适应律输入项学习映射。在该情况下，通过按每个所述运转区域更新各自的所述自适应律输入项学习映射，进行所述自适应律输入项的学习。

进而，在所述多个参数是分别与多个修正值相对应的参数的情况下，所述自适应律输入项学习单元可以根据所述多个修正值之间的大小关系，将所述稳定偏差转入所述自适应律输入项学习映射，所述修正值是对所述控制对象***的控制目标的修正值。即，作为内燃机***的具体例，例如为EGR率的目标值由冷却水温、外部气温以及外部气压修正的情况（参照日本特开2000-2122号公报等），所述自适应律输入项学习单元可以根据目标EGR率的冷却水温修正值、外部气温修正值以及外部气压修正值的大小关系（例如与基准状态下的值的差分之间的比），对将所述稳定偏差分别转入基本冷却水温用自适应律输入项学习映射、基本外部气温用自适应律输入项学习映射和基本外部气压用自适应律输入项学习映射的值进行调整（分配）。由此，即使在与设置于所述控制对象***对应的稳定时的指令状态（指令值）伴随环境条件等的变化而变化这样的情况下，也能够得到所述状态量的向所述目标值的良好的跟随性能。

附图说明

图1是表示作为适用了本发明的一个实施方式的控制对象***的内燃机***的概略结构的图。

图2是图1所示的作为本发明的一个实施方式的控制单元的框线图。

图3是用于说明本实施方式的动作的概要的时间图。

图4是表示通过图1和图2所示的控制单元执行的处理的一例的流程图。

图5是表示通过图1和图2所示的控制单元执行的处理的其他的一例的流程图。

具体实施方式

以下，针对本发明的实施方式，参照附图进行说明。此外，当将能够对本实施方式实施的各种变更（变形例：modification）***该实施方式的说明中时，并不妨碍一贯的实施方式的说明的理解，因此在末尾汇总记载。

［结构］

图1是表示作为适用本发明的一个实施方式的控制对象***的内燃机***1的概略结构的图。在本实施方式中，内燃机***1具备：内燃机2、与该内燃机2连接的进气***3和排气***4、在进气***3与排气***4之间设置的EGR***5（EGR是“Exhaust Gas Recirculation（排气再循环）”的略称。）以及增压器6。本实施方式的控制单元7被设置为控制所述内燃机***1的动作。

在进气***3安装有节气门31、中间冷却器32等辅机类、以及用于检测EGR率、增压压力（进气管内压力）等的传感器33、34等各种传感器类。此外，在排气***4也安装有未图示的排气净化装置（催化剂）等辅机类、传感器类。

EGR***5具备：EGR通路51、EGR阀52和EGR冷却器53。EGR通路51被设置为对进气***3的与节气门31相比更靠近内燃机2侧（进气流通方向的下游侧）和排气***4的与后述的涡轮61相比更靠近内燃机2侧（排气流通方向的上游侧）进行连接。EGR阀52安装在EGR通路51，以对EGR通路51中的排气的流通状态（从内燃机2排出的排气向进气***3的导入量）进行控制。EGR冷却器53安装在EGR通路51，以对在EGR通路51中流通的排气进行冷却。

增压器6具备：涡轮61、喷嘴叶片62、压缩机63和轴64。涡轮61被设置在排气***4的与上述的未图示的排气净化装置相比更靠近内燃机2侧（排气流通方向的上游侧）。本实施方式的增压器6是所谓的可变喷嘴涡轮增压器，喷嘴叶片62设置在与涡轮61相对的位置，以使喷射到涡轮61的排气的流速可变。压缩机63设置在进气***3的与节气门31和中间冷却器32相比更靠近进气流通方向的上游侧。涡轮61与压缩机63通过轴64而联结。

控制单元7（以下，称为“ECU7”。）是包括处理器（CPU：CentralProcessing Unit）、RAM（Random Access Memory）、ROM（Read OnlyMemory）、闪存（可擦写非易失性存储器）、A/D变换电路、D/A变换电路等的微型计算机。ECU7与用于取得EGR率、增压压力（进气管内压力）、发动机转速、加速操作量、冷却水温、进气温、外部气温、大气压、等的各种参数的上述的各种传感器类电连接。另外，ECU7与用于控制内燃机***1的运转状态的节气门31、EGR阀52、喷嘴叶片62等操作部（也能够称为动作部或操作对象。）电连接。

本发明的滑模控制器和内燃机***控制装置的一个实施方式，即ECU7通过由CPU读出预先存储于ROM的程序（program）、表格（映射）等并使CPU执行该程序，基于通过上述的各种传感器类取得的各种参数来控制上述的操作部的动作。具体而言，在本实施方式中，ECU7使用自适应滑模控制，控制EGR率和增压压力（进气管内压力）。

图2是图1所示的ECU7的框线图。如图2所示，ECU7具备等价控制输入项产生部71、趋近律输入项产生部72、自适应律输入项产生部73和自适应律输入项学习部74。

等价控制输入项产生部71产生应提供给操作部的控制输入U中的等价控制输入项（也能够称为“线性输入项或线性项”）U_eq。另外，趋近律输入项产生部72产生控制输入U中的趋近律输入项（也能够称为“非线性输入项或非线性项”）U_nl。另外，自适应律输入项产生部73产生控制输入U中的自适应律输入项（也能够称为“自适应项”）U_map。自适应律输入项学习部74通过将趋近律输入项U_nl的稳定偏差转入自适应律输入项U_map来进行自适应律输入项U_map的学习。

［动作的概要］

以下，使用图1和图2并根据需要使用数学式，对本实施方式的ECU7的动作的概要进行说明。

首先，ECU7基于通过上述的传感器类取得的各种参数，决定要求燃料喷射量。接着，ECU7至少基于发动机转速和要求燃料喷射量，设定目标EGR率和目标增压压力。在ECU7的ROM或闪存中预先存储有表示根据发动机转速和要求燃料喷射量而应设定的各目标值的映射数据。因此，ECU7将发动机转速和要求燃料喷射量作为键来检索映射，取得EGR率和增压压力的目标值。

然后，ECU7基于传感器33、34输出的信号，取得（检测）EGR率和增压压力的当前值。然后，ECU7根据各控制量的当前值与目标值的偏差，对EGR阀52、喷嘴叶片62、和/或节气门31的操作量（开度）进行运算，通过将与各自的操作量对应的驱动信号输入至这些操作部，来控制EGR率和增压压力。

图3是用于说明本实施方式的动作的概要的时间图。在图3中，横轴表示时间（经过）。另外，在图3中，（1）的实线表示控制对象量（增压压力等）的实际变化的状况，单点划线表示目标值。（2）的实线表示自适应滑模控制的等价控制输入项（线性输入项）U_eq的变化的状况，（3）的实线表示趋近律输入项（非线性输入项）U_nl的变化的状况，（4）的实线表示自适应律输入项（自适应项）U_map的变化的状况。并且，（i）表示自适应律输入项学习前的状况，（ii）表示学习后的状况。此外，虽然针对自适应滑模控制的内容，在本申请提出时就已经周知（例如参照上述的各文献），但是为了慎重起见，其概略内容在后面叙述。

如图3的（i）所示，趋近律输入项U_nl有时因***个体差异等而产生稳定偏差（参照图中ΔU_{nl_ss}）。认为这是因为以下的理由。即，在通常（以往）的自适应滑模控制中，自适应律输入项U_map基于标称模型中的控制对象量的收敛值而设定。因此，控制对象量的最终的收敛值的因***个体差异等导致的偏差被自适应律输入项U_map吸收。

这样，在因***个体差异等而在趋近律输入项U_nl产生稳定偏差时，控制对象量的向超平面的约束特性也根据***个体差异等而变化，并且趋近律输入项U_nl振动地动作。其结果，如图3中的（i）所示，控制对象量也振动地变化。

因此，在本实施方式中，以将趋近律输入项U_nl的稳定偏差ΔU_{nl_ss}转入（更换或替换到）自适应律输入项U_map的方式学习自适应律输入项U_map（参照图中ΔU_map）。于是，如图3中的（ii）所示，趋近律输入项U_nl的稳定偏差被消除，并且趋近律输入项U_nl的动作特性稳定。由此，能够得到控制对象量的向目标值的稳定的跟随性能。

以下，关于EGR率和增压压力的自适应滑模控制进行补充记载（如有必要，参照例如，日本特开2010-229968号公报、日本特开2010-229974号公报、日本特开2011-111966号公报等。）。

在本实施方式中，进行将EGR率y₁和增压压力（进气管内压力）y₂设为控制输出变量（输出矢量Y）、将EGR阀52的开度u₁、可变涡轮的喷嘴叶片62的开度u₂以及节气门31的开度u₃设为控制输入矢量U的3输入-2输出的反馈控制。但是，如下述的状态方程式（数1）所示，在本实施方式中，设为能够根据输出矢量Y直接得知状态量矢量X的构造（即将能够经由传感器33、34等各种传感器类检测的量作为直接的控制对象）。由此，不需要状态推定观察器，能够避免伴随使用状态推定观察器时的推定误差而导致的控制性能的降低。状态方程式和输出方程式如以下式（数1）所示。

[数1]

$\stackrel{\·}{X}=\mathrm{AX}+\mathrm{BU}$

Y=CX

在上述式中，矩阵C为已知（在本实施方式中设为单位矩阵）。设备的模型化（确定标称模型）如下这样进行：向EGR阀52、喷嘴叶片62以及节气门31输入包括各种频率的M系列信号来对开度进行操作，观测EGR率和增压压力的值。根据此时的输入输出数据，确定状态方程式（数1）的矩阵A、B。

在此，“标称模型”就本实施方式而言是指，在利用与EGR阀52、喷嘴叶片62以及节气门31相关的状态方程式控制这些EGR阀52、喷嘴叶片62以及节气门31的动作状态时的体现了EGR率和增压压力（进气管内压力）的举动的模型。此外，通过使输入到EGR阀52、喷嘴叶片62以及节气门31的M系列信号彼此不相关，能够制成考虑了各控制量的相互干涉的模型。

ECU7的滑模控制器（参照图2：以下简称为“滑模控制器”。）的设计步骤如周知那样包括超平面的设计和用于将状态量约束在超平面的非线性切换输入的设计。当定义对应构成一种形式的伺服***的当初的状态量矢量X附加上矢量Z而得到的新的状态量矢量X_e时，能够得到下式（数2）所示的放大***的状态方程式。在此，矢量Z是将目标值矢量R（将EGR率的目标值和增压压力的目标值作为要素的矢量）与输出矢量Y的偏差的积分值作为要素的矢量。状态量X_e=[x_e1x_e2x_e3x_e4]^T包括控制输出Y与目标值R的偏差的时间积分x_e1、x_e2和控制输出Y本身x_e3、x_e4作为其成分。状态变量x_e3是EGR率y₁本身，状态变量x_e4是增压压力y₂本身。

[数2]

${\stackrel{\·}{X}}_e=A_{e}X+B_{e}U+E_{e}R$

$X_e=\left[\begin{array}{c}Z\\ X\end{array}\right],$ $A_e=\left[\begin{array}{cc}0& -C\\ 0& A\end{array}\right],$ $B_e=\left[\begin{array}{c}0\\ B\end{array}\right],$ $E_e=\left[\begin{array}{c}I\\ 0\end{array}\right]$

考虑稳定余裕，在超平面的设计中使用利用了***的零点的设计方法。即，设计超平面，以使在上式（数2）的放大***产生滑模时的等价控制***稳定。在由下述式（数3）定义切换函数σ时，在状态被约束在超平面的情况下，σ=0且下述式（数4）成立。

[数3]

σ=SX_e

[数4]

$\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\mathrm{\σ}}=S{\stackrel{\·}{X}}_e\\ =S(A_e{X}_e+B_{e}U+E_{e}R)\\ =0\end{array}$

所以，在产生滑模时的等价控制输入（线性输入）成为下式（数5）。

[数5]

U_eq=-(SB_e)^-1(SA_eX_e+SE_eR)

在将上式（数5）的等价控制输入代入放大***的状态方程式（数2）时，成为下式（数6）的等价控制***。

[数6]

${\stackrel{\·}{X}}_e=(A_e-B_e{\left(S{B}_e\right)}^{-1}S{A}_e)X_e+(E_e-B_e{\left(S{B}_e\right)}^{-1}S{E}_e)R$

由于以使该等价控制***稳定的方式设计超平面等价于对无视目标值R得到的***进行设计，所以下式（数7）成立。

[数7]

${\stackrel{\·}{X}}_e=(A_e-B_e{\left({\mathrm{SB}}_e\right)}^{-1}S{A}_e)X_e$

对上式（数7）的***考虑稳定度ε，使用最佳控制理论求出反馈增益，在将该增益设为超平面时，成为下式（数8）。

[数8]

S=B_e ^TP_s

矩阵Ps是下述的黎卡提方程式（数9）的正定解。

[数9]

P_sA_e′+A_e′^TR_s-P_sB_eR_s ^-1B_e ^TP_s+Q_s=0

A_e′=A_e+εI

Q_s=diag[q₁，q₂，q₃，q₄]

R_s=diag[r₁，r₂，r₃]

在黎卡提方程式（数9）中，Q_s是控制目的的加权矩阵，并且是非负定的对称矩阵。q₁、q₂是相对于偏差的积分Z的加权，由控制***的频率响应的速度差异而决定。q₃、q₄是相对于输出Y的加权，由增益的大小的差异而决定。R_s是控制输入的加权矩阵，并且是正定对称矩阵。ε是稳定余裕系数，被指定为ε≧0。

此外，也可以取代上述式（数8）、（数9）而使用以下所示的离散***的超平面构筑式（数10）和代数黎卡提方程式（数11）。

[数10]

S=(R_s+B_e ^TP_sB_e)B_e ^TP_sA_e

[数11]

A_e′^TP_sA_e′-P_s-A_e′^TP_sB_e(B_e ^TP_sB_e+R_s)^-1B_e ^TP_sA_e′+Q_s=0

在用于将状态量约束在超平面的输入的设计中使用最终滑模法。在此，将控制输入U作为等价控制输入（线性输入）U_eq与新的输入即趋近律输入（非线性输入）U_nl之和，由下式（数12）表示。

[数12]

$\begin{array}{c}U=U_{\mathrm{eq}}+U_{\mathrm{nl}}\\ =-{\left({\mathrm{SB}}_e\right)}^{-1}({\mathrm{SA}}_e{X}_e+S{E}_{e}R)+U_{\mathrm{nl}}\end{array}$

由于想使切换函数σ稳定，所以如下式（数13）那样选择关于σ的李雅普诺夫函数，若对其进行微分则成为下述式（数14）。

[数13]

$V=\frac{1}{2}{\mathrm{\σ}}^T\mathrm{\σ}$

[数14]

$\begin{array}{c}\stackrel{\·}{V}={\mathrm{\σ}}^T\stackrel{\·}{\mathrm{\σ}}\\ ={\mathrm{\σ}}^{T}S(A_e{X}_e+B_{e}U+E_{e}R)\end{array}$

若将式（数12）代入式（数14），则成为下式（数15）。

[数15]

$\stackrel{\·}{V}={\mathrm{\σ}}^T\left({\mathrm{SB}}_e\right)U_{\mathrm{nl}}$

若将趋近律输入U_nl设为下式（数16），则李雅普诺夫函数的微分成为下述式（数17）。

[数16]

$U_{\mathrm{nl}}=-{\left({\mathrm{SB}}_e\right)}^{-1}k\frac{\mathrm{\σ}}{\left|\right|\mathrm{\σ}\left|\right|}$

[数17]

$\stackrel{\·}{V}=-k\frac{{\mathrm{\σ}}^T\mathrm{\σ}}{\left|\right|\mathrm{\σ}\left|\right|}$

因此，若将切换增益k设为正，则能够将李雅普诺夫函数的微分值设为负，从而保证滑动模式的稳定性。

然后，若由下式（数18）置换式（数16）中的切换增益k，则趋近律输入U_nl成为下述式（数19）。

[数18]

k=J||σ||

[数19]

U_nl=-(SB_e)^-1Jσ

非线性增益J如下式（数20）所示，是在矢量因数J_k上乘以标量因数k得到的增益。

[数20]

J=kJ_k

式（数20）中的矢量J_k=［j_k1，j_k2，j_k3］^T基于EGR阀52的开度u₁、喷嘴叶片62的开度u₂以及节气门31的开度u₃的各个开度与EGR率y₁以及增压压力y₂各自之间的输入输出特性而决定。若观测各控制输出y₁、y₂相对于各控制输入u₁、u₂、u₃的阶跃响应，则能够知道在EGR阀52的开度u₁、喷嘴叶片62的开度u₂以及节气门31的开度u₃发生了单位量（典型而言，开度值1％）变化时的EGR率y₁和增压压力y₂的变化量。

优选J_k被确定为使阶跃响应中的相对于EGR阀52、喷嘴叶片62以及节气门31的控制输出y₁、y₂的贡献度均等化。即，由于控制输出y₁、y₂相对于EGR阀52的开度变化的灵敏度比较低（即使操作EGR阀52，控制输出y₁、y₂也不太变化），所以为了算出与EGR阀52相关的趋近律输入值u_nl1而应乘的增益j_k1设为比较大的值。相反地，由于控制输出y₁、y₂相对于喷嘴叶片62的开度变化的灵敏度比较高（通过操作喷嘴叶片62而使控制输出y₁、y₂变化不少），所以为算出与喷嘴叶片62相关的趋近律输入值unl2而应乘的增益j_k2设为比较小的值。

矢量J_k决定为例如J_k=［2.18，0.68，1］^T。该例示值J_k意味着认为：在阶跃响应中在使EGR阀52的开度u₁变化2.18％时产生的控制输入y₁、y₂的变化量、在使喷嘴叶片62的开度u₂变化0.68％时产生的控制输入y₁、y₂的变化量、和在使节气门31的开度u₃变化1％时产生的控制输入y₁、y₂的变化量大致相等。

另外，式（数20）中的标量k是拟合系数，并且通过滑模控制器设计时的拟合而适当决定。

因此，滑模控制器所算出的控制输入U成为下式（数21）。

[数21]

U=-(SB_e)^-1(SA_eX_e+SE_eR+Jσ)

但是，在本实施方式这样的3输入-2输出的***中，由于det（SB_e）=0成立，所以矩阵（SB_e）不是正则矩阵。因此，逆矩阵（SB_e）^-1作为广义逆矩阵而计算。广义逆矩阵例如使用穆尔-彭罗斯型的逆矩阵（SB_e）

。

进而，对作为等价控制输入U_eq与趋近律输入U_nl之和的控制输入U（数25）考虑修正项U_map。在滑模控制器的设计中，如上所述，确定特定的运转区域、即某特定的发动机转速和要求燃料喷射量下的内燃机***1的标称模型（矩阵A、B），得到上述的状态方程式（数2），导出切换超平面S。在此，标称模型与实际设备之间的模型化误差（摄动）在离开标称点的区域（低转速低负荷域或高转速高负荷域等）中扩大。修正项U_map是用于缩小该模型化误差使趋近律输入（非线性输入）U_nl迅速向0收敛的自适应律输入项（映射项）。

U_map映射的初始值（进行作为本发明的特征的上述的学习之前的值）如以下那样制成：首先，按各运转区域［发动机转速，要求燃料喷射量］的每一个，确定与该运转区域相适应（或代表性的）目标EGR率和目标增压压力，对在实机的内燃机***1实现该目标的、稳定状态下的各操作部（EGR阀52、喷嘴叶片62以及节气门31）的操作量U_base进行计测。与此同时，将同一目标提供给滑模控制器，运算无偏差的稳定状态下的线性输入U_eq。若从实机下的各操作部的操作量（开度）的实测值U_base减去由滑模控制器产生的线性输入的算出值U_eq，则能够得到与各个运转区域［发动机转速，要求燃料喷射量］对应的映射项U_map=U_base-U_eq。

在ECU7的闪存中预先存储有表示根据发动机转速和要求喷射量而应设定的自适应律输入项U_map的映射数据。ECU7通过将发动机转速和要求喷射量作为键检索映射而得知自适应律输入项U_map，对滑模控制器算出的控制输入U（等价控制输入U_eq和趋近律输入U_nl）加上该值U_map。最终，提供给各操作部（EGR阀52、喷嘴叶片62以及节气门31）的控制输入U成为在式（数21）上追加了自适应律输入项U_map得到的下式（数22）。

[数22]

U=-(SB_e)^-1(SA_eX_e+SE_eR+Jσ)+U_map

［动作的具体例］

图4是表示由图1和图2所示的控制单元7执行的处理的一例的流程图。以下，针对本实施方式的自适应律输入项（自适应项）U_map的学习处理的一个具体例，使用流程图进行说明。此外，在图4的流程图中，将“步骤”略记为“S”（在后述的变形例的图5中也同样）。

ECU7所具备的CPU（以下，简称为“CPU”。）每经过预定时间反复起动图4所示的自适应项学习处理程序400。在该程序400起动时，首先，CPU在步骤410中，基于上述的各种参数、各操作部的操作量的变化量以及状态量相对于目标值的收敛度来判定当前的运转状态是否为稳定状态。在当前的运转状态不为稳定状态的情况下（步骤410=否），跳过步骤420以后的处理，暂时结束本程序。因而，在以下的说明中，当前的运转状态为稳定状态（步骤410=是）。

接着，处理前进至步骤420，CPU判定趋近律输入项（趋近项）U_nl的值是否已稳定（即变动幅度是否处于预定范围内）。在趋近律输入项U_nl的值已稳定的情况下（步骤420=是），处理前进至步骤430以后，另一方面，在趋近律输入项U_nl的值不稳定的情况下（步骤420=否），跳过步骤430以后的处理（即本次跳过自适应律输入项U_map的学习），暂时结束本程序。

在处理前进至步骤430时，CPU判定在趋近律输入项U_nl是否产生了稳定偏差（参照图3的ΔU_{nl_ss}）。在趋近律输入项U_nl产生了稳定偏差的情况下（步骤430=是），处理前进至步骤440和450，在进行与运转区域对应的自适应律输入项U_map的学习之后，暂时结束本程序。该学习时，在步骤440中，CPU对当前的运转区域［发动机转速，要求燃料喷射量］进行判定。然后，在步骤450中，CPU对自适应律输入项U_map的映射中的与当前的运转区域对应的值进行更新。另一方面，在趋近律输入项U_nl没有产生稳定偏差的情况下（步骤430=否），跳过步骤440和450的处理（即本次不进行自适应律输入项U_map的映射中的与当前的运转区域对应的值的更新），暂时结束本程序。

［变形例的例示列举］

此外，上述的实施方式只不过仅例示了申请人在本申请提出时暂且认为最适合的本发明的代表的实施方式。因而，本发明最初就不限定于上述的实施方式。因此，在不变更本发明的本质部分的范围内，理应能够对上述的实施方式实施各种变形。

以下，例示几个代表的变形例。但是，自不必说，作为变形例，并不限定于以下所列举的变形例。另外，多个变形例在技术上没有矛盾的范围内能够适当组合适用。

本发明（特别是构成用于解决本发明的问题的手段的各结构要素中的表现为作用性或功能性的要素）并不基于上述的实施方式、下述变形例的记载而被限定性解释。这样的限定性解释不当地妨害了（特别是在先申请原则下急于申请的）申请人的利益，相反地，使模仿者不当获利，且不被允许。

本发明并不限定于在上述的实施方式中所公开的具体的装置结构。即，本发明的适用对象并不限定于内燃机***。具体而言，例如，对于将本发明适用于车辆的情况，不具备内燃机的车辆（燃料电池车、电动汽车等）的制动控制等，本发明能够良好地适用。

另外，在将本发明适用于内燃机***（包括除了内燃机以外还具备了马达等驱动源的所谓的“混合动力车辆”。）的情况下，在具备了其他任意类型的内燃机例如汽油发动机、柴油发动机、甲醇发动机、生物乙醇发动机的车辆中，本发明也能够良好地适用。气缸数、气缸排列方式（串联、Ｖ型、水平相对）、燃料供给方式、点火方式、增压方式也没有特别限定。

本发明并不限定于上述的实施方式所公开的具体的处理方式。例如，在上述的具体例中，作为规定运转区域的内燃机负荷，可以取代要求燃料喷射量而使用加速操作量和/或吸入空气流量等。

作为将趋近律输入项U_nl的稳定偏差ΔU_{nl_ss}转入自适应律输入项U_map的方法，除了将产生的稳定偏差ΔU_{nl_ss}一次转入自适应律输入项U_map的方法以外，还能够使用一阶滞后（一次なまし）的方法等任意方法。

另外，在实际的内燃机***1的控制中，即使运转区域［发动机转速，要求燃料喷射量］相同，也可能发生应实现的目标值（目标EGR率、目标增压压力）不同的情况。因此，在实际的控制中的目标与映射制成时所确定的目标不同的情况下，认为最适合的自适应律输入项U_map也会变化。因此，更优选在参照映射而取得的自适应律输入项U_map上进一步加上环境修正。环境修正是根据对目标值的基本值进行修正的参数（冷却水温、进气温、外部气温、大气压等）来修正自适应律输入项U_map的修正。

具体而言，例如，对于从基于预定的标准的环境状态（以下，称为“基准状态”。）而制成的映射读出的自适应律输入项U_map，乘以上述的参数的修正系数（例如目标EGR率修正系数）得到的值，能够用作修正后的自适应律输入项U_map。此时，上述的修正系数可以全部用于乘法运算，也可以仅使用代表值（最大值或最小值）。

另外，按这些参数的每一个准备自适应律输入项U_map的映射，将趋近律输入项U_nl的稳定偏差ΔU_{nl_ss}转入各自的映射的程度可以根据修正系数之比来进行适当调整（转入量根据修正系数之比而分配）。在该情况下，具体而言，例如，在相对于目标EGR率的冷却水温修正值为0.4、外部气温修正值为0.8、外部气压修正值为0.9的情况下，按与基准状态（1.0）的差之间的比即（1-0.4）:（1-0.8）:（1-0.9）=6:2:1的比例，将趋近律输入项U_nl的稳定偏差ΔU_{nl_ss}转入基本冷却水温用自适应律输入项学习映射、基本外部气温用自适应律输入项学习映射和基本外部气压用自适应律输入项学习映射。由此，能够得到状态量的向目标值的良好的跟随性能。

图5是与所述变形例对应的流程图。本变形例的程序500的步骤510～530与上述的具体例的程序400中的步骤410～440同样。即，在当前的运转状态为稳定状态（步骤510=是）、趋近律输入项U_nl的值稳定（步骤520=是）、且在趋近律输入项U_nl产生了稳定偏差的情况下（步骤530=是），处理前进至步骤540以后，与冷却水温（Tw）、外部气温（Tair）以及外部气压（Pa）对应而设置的自适应律输入项映射U_{map_Tw}、U_{map_Tair}以及U_{map_Pa}的学习分别与运转区域［发动机转速，要求燃料喷射量］对应进行。

具体而言，首先，CPU在步骤540中对当前的运转区域［发动机转速，要求燃料喷射量］进行判定。接着，CPU在步骤545中，对基准状态下的全部的运转区域中自适应律输入项映射是否学习结束进行判定。在学习未完成的情况下（步骤545=否），跳过之后的处理（即本次跳过学习），本程序暂时结束。另一方面，在基准状态下的全部的运转区域中自适应律输入项映射都结束学习的情况下（步骤545=是），处理前进至步骤547。

在步骤547中，用于将趋近律输入项U_nl的稳定偏差ΔU_{nl_ss}转入自适应律输入项映射U_{map_Tw}、U_{map_Tair}以及U_{map_Pa}的学习值ΔU_{map_Tw}、ΔU_{map_Tair}以及ΔU_{map_Pa}根据目标EGR率的修正系数K_Tw、K_Tair以及K_Pa而分配。即，例如，在相对于目标EGR率的冷却水温修正系数K_Tw为0.4、外部气温修正系数K_Tair为0.8、外部气压修正系数K_Pa为0.9的情况下，设定学习值ΔU_{map_Tw}、ΔU_{map_Tair}以及ΔU_{map_Pa}，以使得ΔU_{map_Tw}:ΔU_{map_Tair}:ΔU_{map_Pa}=（1-0.4）:（1-0.8）:（1-0.9）=6:2:1。然后，在步骤547中，自适应律输入项映射U_{map_Tw}、U_{map_Tair}以及U_{map_Pa}中的学习值由ΔU_{map_Tw}、ΔU_{map_Tair}以及ΔU_{map_Pa}进行更新，本程序暂时结束。

此外，在上述的变形例中，能够省略步骤545。另外，作为修正值，除了EGR修正值以外，还能够使用增压压力修正值（参照日本特开2005-248910号公报等）。

针对其他的特别是没有言及的变形例，在本发明不变更本质部分的范围内，当然也包含在本发明的范围内。

另外，构成用于解决本发明的问题的手段的各要素中的表现为作用性或功能性的要素，除了在上述的实施方式、变形例中公开的具体的构造以外，还包括能够实现该作用或功能的任何构造。进而，针对在本说明书中引用公报编号、文献名的各文献，在技术上不矛盾的范围内，其记载内容（包括说明书和附图）能够被适当引用作为本说明书的一部分。

Claims (8)

1.一种内燃机***控制装置，使用自适应滑模控制来控制包括内燃机和附带于该内燃机的装置的内燃机***，所述内燃机***控制装置的特征在于，

具备自适应律输入项学习单元，该自适应律输入项学习单元以将所述自适应滑模控制中的趋近律输入项的稳定偏差转入自适应律输入项的方式学习所述自适应律输入项。

2.根据权利要求1所述的内燃机***控制装置，其特征在于，

所述自适应律输入项学习单元按所述内燃机***的每个运转区域学习所述自适应律输入项。

3.根据权利要求2所述的内燃机***控制装置，其特征在于，

所述自适应律输入项学习单元，

按表示所述内燃机***的状态的、与构成所述运转区域的参数不同的多个参数的每一个而具有自适应律输入项学习映射，

通过按每个所述运转区域更新所述自适应律输入项学习映射，学习所述自适应律输入项。

4.根据权利要求3所述的内燃机***控制装置，其特征在于，

所述多个参数是分别与多个修正值相对应的参数，所述修正值是对所述内燃机***的控制目标的修正值，

所述自适应律输入项学习单元根据所述多个修正值之间的大小关系，将所述稳定偏差转入所述自适应律输入项学习映射。

5.一种滑模控制器，使用自适应滑模控制来控制控制对象***，所述滑模控制器的特征在于，

具备自适应律输入项学习单元，该自适应律输入项学习单元以将所述自适应滑模控制中的趋近律输入项的稳定偏差转入自适应律输入项的方式学习所述自适应律输入项。

6.根据权利要求5所述的滑模控制器，其特征在于，

所述自适应律输入项学习单元按所述控制对象***的每个运转区域，学习所述自适应律输入项。

7.根据权利要求6所述的滑模控制器，其特征在于，

所述自适应律输入项学习单元，

按表示所述控制对象***的状态的、与构成所述运转区域的参数不同的多个参数的每一个而具有自适应律输入项学习映射，

通过按每个所述运转区域更新所述自适应律输入项学习映射，学习所述自适应律输入项。

8.根据权利要求7所述的滑模控制器，其特征在于，

所述多个参数分别是与多个修正值相对应的参数，所述修正值是对所述控制对象***的控制目标的修正值，

所述自适应律输入项学习单元根据所述多个修正值之间的大小关系，将所述稳定偏差转入所述自适应律输入项学习映射。

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