DE102013003570B4

DE102013003570B4 - Elektronische Regelvorrichtung

Info

Publication number: DE102013003570B4
Application number: DE102013003570.8A
Authority: DE
Inventors: Shigehiko Sugimori
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2033-03-02
Also published as: DE102013003570A1; JP2013210811A; JP5951321B2

Abstract

Elektronische Regelvorrichtung (1), umfassend: einen Gleitmodusreglerabschnitt (20), der eine Gleitmodusregelungsverarbeitung ausführt, um einen Stellbetrag an eine Regelstreckeneinrichtung (50) auszugeben, so dass ein von der Regelstreckeneinrichtung (50) bereitgestellter Regelbetrag einen Sollbetrag (TA) erreicht, der eine Schaltlinie oder eine Schaltebene mit einer Schaltfunktion (σ) definiert, die eine Mehrzahl von Zustandsbeträgen als Variablen verwendet, nach denen eine Regeleingabe berechnet wird, so dass die Mehrzahl von Zustandsbeträgen zu einem Ausgleichszustand auf der Schaltlinie oder der Schaltebene konvergierend sind, während bewirkt wird, dass der auf der Regeleingabe basierende Stellbetrag an die Regelstreckeneinrichtung (50) ausgegeben wird, wobei die Mehrzahl von Zustandsbeträgen einen ersten Zustandsbetrag und einen zweiten Zustandsbetrag beinhalten, nach denen der Gleitmodusreglerabschnitt (20) die Einstellung eines Abweichungsbetrags (e), der eine Abweichung zwischen dem Regelbetrag und dem Sollbetrag (TA) darstellt, als ersten Zustandsbetrag erlaubt, während er die Gleitmodusregelungsverarbeitung jeweils für ein festgelegtes Zeitintervall unter Verwendung der Schaltfunktion (σ) mit einem Abweichungsänderungsbetrag (∆e) ausführt, der einen Änderungsbetrag des Abweichungsbetrags (e) darstellt, der als zweiter Zustandsbetrag eingestellt wird, um dadurch einen aktuellen Abweichungsbetrag (e) zu berechnen, der eine Abweichung zwischen dem in einem aktuellen Zyklus erfassten Regelbetrag und einem aktuellen Abweichungsänderungsbetrag (∆e) darstellt, der eine Differenz zwischen dem aktuellen Abweichungsbetrag (e) und einem früheren Abweichungsbetrag (e) darstellt, der in einem früheren Zyklus vor dem aktuellen Zyklus jeweils für das festgelegte Zeitintervall berechnet wurde, woraufhin der aktuelle Abweichungsbetrag (e) und der aktuelle Abweichungsänderungsbetrag (∆e) für den ersten Zustandsbetrag und den zweiten Zustandsbetrag eingesetzt werden, um den Wert der Schaltfunktion (σ) zu berechnen, wobei die Schaltfunktion (σ) einen Koeffizienten (G) beinhaltet, mit dem der Abweichungsänderungsbetrag (∆e) multipliziert wird, wobei der Koeffizient (G) eine Dämpfungscharakteristikkomponente beinhaltet, die eine Konvergenzcharakteristik definiert, welche der Funktion dient, zu erlauben, dass der erste Zustandsbetrag und der zweite Zustandsbetrag zu einem Ausgleichszustand in der Gleitmodusregelungsverarbeitung konvergieren, sowie eine Zeitkomponente mit der gleichen Zeitdauer wie eine Zyklusdauer des festgelegten Zeitraums, und wobei ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Regelvorrichtung und insbesondere eine elektronische Regelvorrichtung zum Ausführen einer Gleitmodusregelungsverarbeitung für eine Regelstreckeneinrichtung eines Fahrzeugs.
STAND DER TECHNIK
In den vergangenen Jahren wurde bei einer elektronischen Regelvorrichtung, wie beispielsweise einer elektronischen Drosselvorrichtung, eines Verbrennungsmotors eines zweirädrigen Kraftfahrzeugs versucht, eine Drosselklappe derart anzusteuern, dass ein Regelbetrag, der für diese Regelung relevant ist, bei der Rückkopplungsregelung einen gewünschten Sollbetrag erreicht.
Bei den Verarbeitungsprozessen einer solchen Rückkopplungsregelung ist es allgemeine Praxis, beispielsweise eine PID-Regelung (proportional-integral-derivative-Regelung) zu verwenden. In der allgemeinen Praxis ist die PID-Regelung schwierig, eine Stabilität der Regelung zu gewährleisten, um durch Störfaktoren verursachte unerwünschte Effekte zu überwinden, oder sie neigt zu Schwierigkeiten bei der Einstellung eines Zuwachses in Bezug auf den Eingabeausdruck.
Daher wurde vorgeschlagen, in der elektronischen Regelvorrichtung des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs eine Gleitmodusregelung (Sliding Mode Control) anzuwenden, indem eine Schaltfunktion verwendet wird, so dass ein Regelbetrag im Zusammenhang mit dieser Regelung auf einen gewünschten Sollbetrag geregelt wird.
Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung 63-148302 , die eine Regelung betrifft, welche eine Gleitmodusregelung einsetzt, schlägt die Verwendung einer Schaltfunktion vor, die Zustandsbeträge beinhaltet, welche aus einer Abweichung zwischen dem Regelbetrag und dem Sollbetrag und einem Zeitdifferenzwert (einer Änderungsgeschwindigkeit der Abweichung) einer solchen Abweichung zusammengesetzt sind.
DE 102 62 104 B4 offenbart eine Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem Verbrennungsmotor. DE 103 04 902 B4 offenbart ein Prozesssteuerungselement mit einem computerlesbaren Medium und einem Steuerblock, der mehrere Ein- und Ausgänge und eine Steuerlogik umfasst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß vom vorliegenden Erfinder durchgeführten Studien wird bei Anwendung der in der Patentveröffentlichung 1 offenbarten Struktur auf eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe in Betracht gezogen, dass mit Blick auf die Regelung eines als Regelbetrag geltenden Öffnungsgrades einer Drosselklappe derart, dass er gegen einen Sollwert konvergiert, eine Regeleingabe in einer Gleitmodusregelungsverarbeitung erzeugt wird, auf deren Basis ein Stellbetrag bestimmt wird, um ein Stellglied der Drosselklappe zu betätigen.
Mit der elektronisch gesteuerten Drosselklappeneinrichtung, die eine solche Gleitmodusregelungsverarbeitung verwendet, kann es prinzipiell möglich sein, eine Struktur herzustellen, bei der die Drosselklappe, die als Regelstrecke dient, mehrere Zustandsbeträge in Variablen aufweist, die die Schaltfunktion definieren, die eine Schaltebene definiert, die zu erreichen die mehreren Zustandsbeträge veranlasst werden, woraufhin die Zustandsbeträge auf der Schaltebene gehalten werden, während veranlasst wird, dass die Zustandsbeträge gegen einen Ausgleichspunkt (an dem die jeweiligen Zustandsbeträge den Sollbeträgen entsprechen) auf der Schaltebene konvergieren. Hierbei weist die Gleitmodusregelung im Prinzip eine Charakteristik auf, zu ermöglichen, dass die Zustandsbeträge bei dem Ausgleichspunkt auf der Schaltebene auf extrem stabile Weise – fast ohne unerwünschte Effekte der Störfaktoren – konvergieren, vorausgesetzt, dass veranlasst wird, dass die Zustandsbeträge die Schaltebene erreichen.
Gemäß vom vorliegenden Erfinder durchgeführten Studien beinhaltet jedoch die in der Patentveröffentlichung 1 offenbarte Vorrichtung eine Struktur, die die Schaltfunktion verwendet, die aus den Zustandsbeträgen zusammengesetzt ist, welche die Abweichung zwischen dem Regelbetrag und dem Sollbetrag und den Zeitdifferenzwert (Änderungsgeschwindigkeit der Abweichung) einer solchen Abweichung beinhaltet. Damit die Änderungsgeschwindigkeit einer solchen Abweichung berechnet werden kann, besteht somit die Notwendigkeit, die vorhergehende Abweichung von der aktuellen Abweichung zu subtrahieren und das Ergebnis durch eine Abtastzeit (Zeitintervall) zu dividieren, um die Änderungsgeschwindigkeit der Abweichung zu erhalten. Dies führt wahrscheinlich dazu, dass sich die Messung des Zeitintervalls und die Ausführung der Berechnungsverarbeitung der Division durch das Zeitintervall umständlich und kompliziert gestaltet, was im Ergebnis zu einer komplizierten Struktur und einer Verringerung des Regelungsverhaltens, wie etwa eine Rampenantwort oder dergleichen, führt. Es gibt also Verbesserungspotenzial.
Die vorliegende Erfindung wurde bei der Durchführung der oben genannten Studien abgeschlossen; und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Regelvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Berechnungsverarbeitung zu vereinfachen, während die Ausführung einer Gleitmodusregelung mit verbessertem Regelungsverhalten, wie etwa einer Rampenantwort oder dergleichen, ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine elektronische Regelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Um die genannte Aufgabe zu erfüllen, umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung eine elektronische Regelvorrichtung einen Gleitmodusreglerabschnitt, der eine Gleitmodusregelungsverarbeitung ausführt, um einen Stellbetrag (in den Figuren als "OA" bezeichnet) an eine Regelstreckeneinrichtung auszugeben, so dass ein von der Regelstreckeneinrichtung bereitgestellter Regelbetrag einen Sollbetrag erreicht, der eine Schaltlinie oder eine Schaltebene mit einer Schaltfunktion definiert, die eine Mehrzahl von Zustandsbeträgen als Variablen verwendet, nach denen eine Regeleingabe berechnet wird, so dass die Mehrzahl von Zustandsbeträgen zu einem Ausgleichszustand auf der Schaltlinie oder der Schaltebene konvergieren, während bewirkt wird, dass der auf der Regeleingabe basierende Stellbetrag an die Regelstreckeneinrichtung ausgegeben wird; wobei die Mehrzahl von Zustandsbeträgen einen ersten Zustandsbetrag und einen zweiten Zustandsbetrag beinhalten, unter denen der Gleitmodusreglerabschnitt die Einstellung eines Abweichungsbetrags, der eine Abweichung zwischen dem Regelbetrag und dem Sollbetrag darstellt, als ersten Zustandsbetrag erlaubt, während die Gleitmodusregelungsverarbeitung jeweils für ein festgelegtes Zeitintervall unter Verwendung der Schaltfunktion mit einem Abweichungsänderungsbetrag ausgeführt wird, der einen Änderungsbetrag des Abweichungsbetrags darstellt, der als zweiter Zustandsbetrag eingestellt wird, um dadurch einen aktuellen Abweichungsbetrag zu berechnen, der eine Abweichung zwischen dem in einem aktuellen Zyklus erfassten Regelbetrag und einem aktuellen Abweichungsänderungsbetrag darstellt, der eine Differenz zwischen dem aktuellen Abweichungsbetrag und einem früheren Abweichungsbetrag darstellt, der in einem früheren Zyklus vor dem aktuellen Zyklus jeweils für das festgelegte Zeitintervall berechnet wurde, woraufhin der aktuelle Abweichungsbetrag und der aktuelle Abweichungsänderungsbetrag für den ersten Zustandsbetrag und den zweiten Zustandsbetrag eingesetzt werden, um die Schaltfunktion zu berechnen.
Gemäß der Erfindung beinhaltet die Schaltfunktion einen Koeffizienten, mit dem der Abweichungsänderungsbetrag multipliziert wird, wobei der Koeffizient eine Dämpfungscharakteristikkomponente beinhaltet, die eine Konvergenzcharakteristik definiert, welche der Funktion dient, die Konvergenz des ersten Zustandsbetrages und des zweiten Zustandsbetrages zu einem Ausgleichszustand in der Gleitmodusregelungsverarbeitung zu erlauben, sowie eine Zeitkomponente mit der gleichen Zeitdauer wie eine Zyklusdauer des festgelegten Zeitraums.
Zusätzlich bestimmt gemäß der Erfindung der Gleitmodusreglerabschnitt einen Stabilitätsgrad des Regelbetrages in Bezug auf den Sollbetrag jeweils für den festgelegten Zeitraum, woraufhin, wenn bestimmt wird, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Regelbetrag in einem stabilen Zustand verblieben ist, ein Zeitintervall zwischen dem aktuellen Zyklus und dem früheren Zyklus für den zu berechnenden Abweichungsänderungsbetrag frei um die gleiche Zeitdauer verlängert wird wie eine Zyklusdauer des festgelegten Zeitraums.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gleitmodusreglerabschnitt die Dämpfungscharakteristikkomponente in Abhängigkeit von dem Stabilitätsgrad des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag frei verändert.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erlaubt der Gleitmodusreglerabschnitt, dass ein Zeitintervall zwischen dem aktuellen Zyklus zur Berechnung des Abweichungsänderungsbetrags und dem früheren Zyklus auf den gleichen Wert wie eine Antwortverzögerungszeit zwischen der Anwendung des Stellbetrags auf die Regelstreckeneinrichtung und der Ausgabe des Regelbetrages oder einen größeren Wert eingestellt wird.
Bei der elektronischen Regelvorrichtung gemäß der Erfindung führt der Gleitmodusreglerabschnitt eine Gleitmodusregelungsverarbeitung jeweils für den festgelegten Zeitraum nach Verwendung der Schaltfunktion mit dem Abweichungsbetrag aus, der die Abweichung zwischen dem Regelbetrag und dem Sollbetrag darstellt, der auf den ersten Zustandsbetrag eingestellt wird, während der Abweichungsänderungsbetrag, der den Änderungsbetrag dieses Abweichungsbetrags darstellt, auf den zweiten Zustandsbetrag eingestellt wird. Dies erlaubt die Ausführung einer Berechnung für den aktuellen Änderungsbetrag, der die Abweichung zwischen dem Regelbetrag und dem Sollbetrag darstellt und im aktuellen Zyklus erfasst wird, und für den aktuellen Abweichungsänderungsbetrag, der die Differenz zwischen dem aktuellen Abweichungsbetrag und dem früheren Abweichungsänderungsbetrag, der in dem früheren Zyklus vor dem aktuellen Zyklus berechnet wurde, darstellt. Dann wird ein Wert der Schaltfunktion berechnet, indem der aktuelle Abweichungsbetrag und der aktuelle Abweichungsänderungsbetrag für den ersten beziehungsweise den zweiten Zustandsbetrag eingesetzt werden. Somit besteht keine Notwendigkeit, den Zeitableitungswert (die Änderungsgeschwindigkeit der Abweichung) der Abweichung an sich zu berechnen, was dazu führt, dass die Berechnungsverarbeitung vereinfacht werden kann, während es möglich wird, die Gleitmodusregelung mit einer Verbesserung des Führungsverhaltens der Regelung, wie etwa einer Rampenantwort oder dergleichen, auszuführen.
Bei der elektronischen Regelvorrichtung gemäß der Erfindung beinhaltet die Schaltfunktion ferner den Koeffizienten, mit dem der Abweichungsänderungsbetrag multipliziert wird; und der Koeffizient umfasst die Dämpfungscharakteristikkomponente zum Definieren der Konvergenzcharakteristik, bei der der erste Zustandsbetrag und der zweite Zustandsbetrag zu dem Ausgleichszustand in der Gleitmodusregelung konvergiert sind, und der Zeitkomponente mit der gleichen Zeitdauer wie die Zyklusdauer des festgelegten Zeitraums. Dies ermöglicht die Führung des ersten Zustandsbetrags und des zweiten Zustandsbetrags zum Ausgleichszustand, während ermöglicht wird, einen von dem ersten Zustandsbetrag und dem zweiten Zustandsbetrag dieser Zustandsbeträge durch die Zyklusdauer des festgelegten Regelzyklus zu dividieren, was dazu führt, dass die Berechnungsverarbeitung zuverlässig vereinfacht werden kann.
Bei der elektronischen Regelvorrichtung gemäß der Erfindung bestimmt darüber hinaus der Gleitmodusreglerabschnitt den Stabilitätsgrad des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag jeweils für den festgelegten Zeitraum. Wenn bestimmt wird, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag in einem stabilen Zustand bleibt, wird ein Zeitintervall zwischen dem aktuellen Zyklus zur Berechnung des Abweichungsänderungsbetrags und dem früheren Zyklus frei um die gleiche Zeitdauer verlängert, wie die Zyklusdauer des festgelegten Zeitraums. Dies ermöglicht die zuverlässige Berechnung des Abweichungsänderungsbetrags unter einer optimalen Bedingung, bei der der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag stabil bleibt.
Bei der elektronischen Regelvorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann überdies der Gleitmodusreglerabschnitt, der zum freien Ändern der Dämpfungscharakteristikkomponente in Abhängigkeit vom Stabilitätsgrad des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag in der Lage ist, einen Wert des Koeffizienten ändern, mit dem der Abweichungsänderungsbetrag multipliziert wird. Dies ermöglicht die Berechnung des Wertes der Schaltfunktion unter einem Umstand, der weniger anfällig für die Effekte von Störfaktoren ist, während unerwünschte Effekte, die von Rauschkomponenten im Regelbetrag verursacht werden, unterlassen werden.
Bei der elektronischen Regelvorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erlaubt der Gleitmodusreglerabschnitt darüber hinaus, dass das Zeitintervall zwischen dem aktuellen Zyklus zur Berechnung des Abweichungsänderungsbetrages und dem früheren Zyklus auf den gleichen Wert wie die Antwortverzögerungszeit zwischen der Anwendung des Stellbetrages auf die Regelstreckeneinrichtung oder auf einen größeren Wert eingestellt wird. Ein solches Zeitintervall kann unter Berücksichtigung einer Leerlaufzeit bestimmt werden, in der kein Regelbetrag ausgegeben wird. Dies ermöglicht eine zuverlässige Berechnung des Abweichungsänderungsbetrages.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer elektronischen Regelvorrichtung einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zum Ausführen einer Gleitmodusregelung zeigt.
2A ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf der Berechnungsverarbeitung eines Gleitmodusreglerabschnitts der elektronischen Regelvorrichtung der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2B ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf der Berechnungsverarbeitung einer Schaltfunktion während der Berechnungsverarbeitung in dem in 2A gezeigten Flussdiagramm zeigt.
3 ist ein Zeitdiagramm, das die Berechnungsverarbeitung einer Schaltfunktion während der Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts der elektronischen Regelvorrichtung der Ausführungsform veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird nun eine elektronische Regelvorrichtung einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
[Struktur der elektronischen Regelvorrichtung]
Zunächst wird anhand von 1 eine Struktur einer elektronischen Regelvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zum Ausführen einer Gleitmodusregelung beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm, das die elektronische Regelvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zum Ausführen einer Gleitmodusregelung zeigt.
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet die elektronische Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform eine Regelvorrichtung, die an einem Fahrzeug (nicht dargestellt) installiert ist, typischerweise zum Beispiel an einem zweirädrigen Kraftfahrzeug oder an einem vierrädrigen Kraftfahrzeug, um nach Zuführung elektrischer Energie von einer am Fahrzeug installierten Batterie zu arbeiten, um verschiedene Komponenten des Fahrzeugs zu regeln, darunter Speicher oder dergleichen (nicht dargestellt). Ferner beinhaltet die elektronische Regelvorrichtung 1 einen Sollbetrag-Berechnungsabschnitt (in den Figuren als "TACS" bezeichnet) 10 und einen Gleitmodusreglerabschnitt (in den Figuren als "SMCS" bezeichnet) 20. Der Gleitmodusreglerabschnitt 20 beinhaltet einen Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt (in den Figuren als "SFCS" bezeichnet) 22, einen Regeleingabe-Berechnungsabschnitt (in den Figuren als "CICS" bezeichnet) 24 und einen Stellbetrag-Verarbeitungsabschnitt (in den Figuren als "OAPS" bezeichnet) 26. Der Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10, der Gleitmodusreglerabschnitt 20, der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22, der Regeleingabe-Berechnungsabschnitt 24 und der Stellbetrag-Verarbeitungsabschnitt 26 sind alle in jeweiligen Funktionsblöcken einer Verarbeitungseinheit dargestellt. Außerdem ist die elektronische Regelvorrichtung 1 elektrisch an einen Eingabedetektor (in den Figuren als "ID" bezeichnet) 40, elektrisch an eine Eingabeeinrichtung (in den Figuren als "IE" bezeichnet) 30 sowie an eine Regelstreckeneinrichtung (in den Figuren als "COE" bezeichnet) 50 und einen Regelbetragsdetektor (in den Figuren als "CAD" bezeichnet) 60, die beide elektrisch angeschlossen sind, angeschlossen. Die Regelstreckeneinrichtung 50 beinhaltet ein Stellglied (in den Figuren als "ACT" bezeichnet) 52 und ein vom Stellglied 52 dangetriebenes Regelstreckenelement (in den Figuren als "COM" bezeichnet) 54. Das Stellglied 52 kann als separates Element in einem Bereich außerhalb der Regelstreckeneinrichtung 50 bereitgestellt sein. Zusätzlich kann der Regelbetragsdetektor 60 in die Regelstreckeneinrichtung 50 inkorporiert sein.
Die elektronische Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform wird auf dem Fahrzeug, wie etwa dem zweirädrigen Kraftfahrzeug oder dem vierrädrigen Kraftfahrzeug, wie folgt installiert: die Eingabeeinrichtung 30 beinhaltet typischerweise ein Beschleunigerpedal oder einen Beschleunigergriff, an den von einem Fahrer ein Beschleunigerstellbetrag gegeben wird; und der Eingabedetektor 40 beinhaltet einen Detektor, der elektrisch eine auf die Eingabeeinrichtung 30 angewandte Betriebsstellung und einen angewandten Eingabebetrag erfasst, d. h. einen Öffnungsgrad des Beschleunigerpedals oder des Beschleunigergriffs. In derartigen Situationen beinhaltet die Regelstreckeneinrichtung 50 eine elektronisch geregelte Drosselvorrichtung zum Regeln einer Ansaugluftmenge im Zusammenhang mit einem Verbrennungsmotor; und das Regelstreckenelement 54 beinhaltet eine Drosselklappe. In einer solchen Anwendung justiert das Stellglied 52, umfassend einen elektrischen Motor, typischerweise variabel eine Betriebsstellung, d. h. einen Öffnungsgrad des Regelstreckenelements 54 in Form der Drosselklappe. Außerdem beinhaltet der Regelbetragsdetektor 60 einen Detektor, der die Betriebsstellung, wie etwa den Öffnungsgrad des Regelstreckenelements 54, erfasst.
Insbesondere empfängt die Eingabeeinrichtung 30 die Betriebsstellung und den angewandten Eingabebetrag zur Umwandlung in ein elektrisches Signal, das an den Eingabedetektor 40 ausgegeben werden soll, der das elektrische Signal liest, um den auf die Eingabeeinrichtung 40 angewandten Eingabebetrag zu erfassen, wobei ein daraus resultierender Eingabeerfassungsbetrag als elektrisches Signal an den Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 ausgegeben wird. Außerdem erfasst der Regelbetragsdetektor 60 die Betriebsstellung des Regelstreckenelements 54, wobei eine daraus resultierende Betriebsstellung als ein elektrisches Signal an den Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 ausgegeben wird.
Der Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10, der elektrisch an den Eingabedetektor 40 angeschlossen ist, empfängt das vom Eingabedetektor 40 zugeführte elektrische Signal, um einen Sollbetrag (in den Figuren als "TA" bezeichnet) in Abhängigkeit von einem Eingabeerfassungswert, der vom Eingabedetektor 40 erfasst wurde, zu berechnen. Der Sollbetrag stellt einen Wert dar, nach dem das Stellglied 52 angetrieben wird, um das Regelstreckenelement 54 in Abhängigkeit von dem an der Eingabeeinrichtung 30 angewandten Eingabebetrag in eine gewünschte Betriebsstellung zu betätigen. Der Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 führt den Sollbetrag dem Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22 beziehungsweise dem Regeleingabe-Berechnungsabschnitt 24 in Form eines elektrischen Signals zu.
Nach Empfang der jeweiligen elektrischen Signale, die vom Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 beziehungsweise vom Regelbetragsdetektor 60 zugeführt werden, definiert der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22, der elektrisch an den Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 und den Regelbetragsdetektor 60 angeschlossen ist, konkret eine Schaltfunktion σ in Abhängigkeit von dem durch den Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 berechneten Sollbetrag und von der vom Regelbetragsdetektor 60 erfassten Betriebsstellung des Regelstreckenelements 54, woraufhin ein Wert (in den Figuren als "σ" bezeichnet) der Schaltfunktion σ berechnet wird. Wenn dies geschieht, wird die vom Regelbetragsdetektor 60 erfasste Betriebsstellung des Regelstreckenelements 54 als Regelbetrag behandelt, der bei der Gleitmodusregelung ein Regelstreckenbetrag sein soll.
Nun ist die Schaltfunktion σ durch die im Folgenden dargestellte Formel (1) gegeben, in der ein Abweichungsbetrag "e", ein Abweichungsänderungsbetrag ∆e und ein Koeffizient G verwendet werden, die alle entsprechend jeweilige Zustandsbeträge darstellen. Auch werden die Formel der Schaltfunktion σ und die dazugehörige Berechnungsformel vorher in Form von Daten und Programmen in den Speichern der elektronischen Regelvorrichtung 1 gespeichert. σ = e + G × ∆e (1)
Insbesondere stellt in der Formel (1) der Abweichungsbetrag "e" eine Differenz zwischen dem Sollbetrag und dem Regelbetrag (in den Figuren als "CA" bezeichnet) in verschiedenen Regelzyklen (Perioden in Bezug zur Zeit) in der Gleitmodusregelung dar, d. h. einen Wert, der in einer Berechnung durch Subtraktion des Regelbetrages vom Sollbetrag in jedem der verschiedenen Regelzyklen in der Gleitmodusregelung erhalten wird. Der Abweichungsänderungsbetrag ∆e stellt eine Differenz zwischen einem Abweichungsbetrag in einem konkreten Regelzyklus in der Gleitmodusregelung und einem Abweichungsbetrag beim Übergang zwischen diesem konkreten Regelzyklus und einem gegebenen früheren Regelzyklus dar, d. h. einen Wert, der in einer Berechnung durch Subtraktion des Abweichungsbetrages, der zu einem Zeitpunkt in der gegebenen früheren Zeit ausgehend von einem Zeitpunkt, an dem der Abweichungsbetrag berechnet wurde, von dem Abweichungsbetrag, der zu diesem Zeitpunkt berechnet wurde, erhalten wird. Außerdem stellt der Koeffizient G eine Steigung einer Schaltfunktion σ dar, das heißt, eine Steigung einer Schaltlinie, die auf einem orthogonalen Koordinatensystem mit einer Abszisse, die dem Abweichungsbetrag "e" entspricht, und einer Ordinate, die dem Abweichungsänderungsbetrag ∆e entspricht, aufgetragen ist, wobei die Schaltfunktion σ einen Ursprungspunkt dieses orthogonalen Koordinatensystems zurückverfolgt, und der Koeffizient ist durch die folgende Formel (2) gegeben, in der eine Dämpfungscharakteristikkomponente "g" durch eine Zyklusdauer ∆t dividiert wird. G = g/∆t (2)
Insbesondere stellt in der Formel (2) die Dämpfungscharakteristikkomponente "g" eine Komponente des Koeffizienten G dar, die die freie Justierung des Grades der Steigung der Schaltlinie erlaubt, und sie beinhaltet eine Konvergenzgeschwindigkeit, mit der sich ein Satz aus dem Abweichungsbetrag "e" und dem Abweichungsänderungsbetrag ∆e, der eine Koordinate des Regelbetrages auf der Schaltlinie darstellt, am Ursprungspunkt des orthogonalen Koordinatensystems, auf das die Schaltfunktion σ aufgetragen ist, konvergiert. Das heißt, sie stellt eine Koeffizientenkomponente dar, in der der auf die Schaltlinie begrenzte Abweichungsbetrag "e" und der dazugehörige Abweichungsänderungsbetrag ∆e eine Konvergenzcharakteristik in Bezug auf die Konvergenzgeschwindigkeit definieren, die gegen Null konvergiert, was entsprechend einen Wert darstellt, der einen Ausgleichszustand in der Gleitmodusregelung angibt. In der Formel (2) stellt ferner die Zyklusdauer ∆t einen Wert eines Regelzeitraums dar, in der die Gleitmodusregelung ausgeführt wird und die in der vorliegenden Ausführungsform auf einen festen Wert eingestellt ist. Das heißt, die Zyklusdauer ∆t stellt eine Komponente des Koeffizienten G dar, die die gleiche Zeitdauer aufweist wie die Zyklusdauer eines festgelegten Zeitraums, in der die Gleitmodusregelung ausgeführt wird, und der Koeffizient G weist eine Größe 1/Zeit auf. Auch wird diese Zyklusdauer ∆t in der Größenordnung mehrerer Millisekunden ausgedrückt.
Somit berechnet der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22 den Wert der Schaltfunktion σ, nachdem er die Schaltfunktion σ konkret für die verschiedenen Regelzyklen der Gleitmodusregelung definiert hat, wobei keine Berechnung für eine Abweichungsänderungsgeschwindigkeit erfolgt, die einen Zeitdifferenzwert der Abweichung "e" darstellt. Der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22 gibt an den Regeleingabe-Berechnungsabschnitt 24 elektrische Signale aus, die den Wert der Schaltfunktion σ, den Abweichungsbetrag "e" und den dazugehörigen Abweichungsänderungsbetrag ∆e darstellen, berechnet zum Zeitpunkt der Berechnung des Werts der Schaltfunktion σ.
Nach Empfang der elektrischen Signale, die vom Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 und vom Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22 zugeführt werden, berechnet der Regeleingabe-Berechnungsabschnitt 24, der elektrisch jeweils an den Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 und den Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22 angeschlossen ist, Folgendes: einen Regeleingabebetrag (in den Figuren als "CIA" bezeichnet) abhängig von dem durch den Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 berechneten Sollbetrag, dem Wert der Schaltfunktion σ, dem Abweichungsbetrag "e" und dem dazugehörigen Abweichungsänderungsbetrag ∆e, berechnet durch den Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22.
Hierbei beinhaltet der Regeleingabebetrag einen Äquivalenzregel-Eingabebetrag, einen Erreichungsregel-Eingabebetrag und einen Nicht-Linear-Regel-Eingabebetrag.
Insbesondere stellt der Äquivalenzregel-Eingabebetrag eine Komponente des Regeleingangsbetrages dar, mit dem der Abweichungsbetrag "e" und der Abweichungsänderungsbetrag ∆e, die jeweils den Zustandsbetrag darstellen, auf die Schaltlinie begrenzt werden sollen. Der Erreichungsregel-Eingabebetrag stellt eine Komponente des Regeleingangsbetrages dar, mit dem der Abweichungsbetrag "e" und der Abweichungsänderungsbetrag ∆e, die jeweils den Zustandsbetrag darstellen, näher an die Schaltlinie herangebracht werden, so dass er diese erreicht. Ferner stellt der Nicht-Linear-Regel-Eingabebetrag eine Komponente des Regeleingabebetrages zum Minimieren eines Modellierungsfehlers in Bezug auf die Schaltfunktion σ dar. Der Regeleingabe-Berechnungsabschnitt 24 berechnet jeden von dem Äquivalenzregel-Eingabebetrag, dem Erreichungsregel-Eingabebetrag und dem Nicht-Linear-Regel-Eingabebetrag jeweils unter Verwendung des durch den Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 berechneten Sollbetrags und des Wertes der Schaltfunktion σ, des Abweichungsbetrags "e" und des dazugehörigen Abweichungsänderungsbetrags ∆e, berechnet durch die Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22. Eine Summe dieser Parameter wird zur Berechnung des Regeleingabebetrages verwendet. Der Regeleingabe-Berechnungsabschnitt 24 führt den daraus resultierenden Regeleingabebetrag als elektrisches Signal zu, das an den Stellbetrag-Verarbeitungsabschnitt 26 auszugeben ist.
Nach Empfang des vom Regeleingabe-Berechnungsabschnitt 24 zugeführten elektrischen Signals berechnet der Stellbetrag-Verarbeitungsabschnitt 26, der elektrisch an den Regeleingabe-Berechnungsabschnitt 24 angeschlossen ist, den Stellbetrag für das Stellglied 52, das zum Bewegen des Regelstreckenelements 54 angetrieben werden soll. Ein derartiger Stellbetrag ist ein Übertragungsbetrag, damit das Stellglied 52 das Regelstreckenelement 54 bewegt, so dass es derart übertragen wird, dass es gegen den zum Sollbetrag gehörigen Sollstellung konvergiert, wobei der Sollbetrag einen Wert darstellt, der zum Regeleingabebetrag gehört, der durch den Regeleingabe-Berechnungsabschnitt 24 berechnet wurde. Der Stellbetrag-Berechnungsabschnitt 26 führt den daraus resultierenden Stellbetrag als elektrisches Signal zu, das an das Stellglied 52 auszugeben ist.
Nach Empfang des vom Stellbetrag-Verarbeitungsabschnitt 26 zugeführten elektrischen Signals bewegt das Stellglied 52, das elektrisch an den Stellbetrag-Verarbeitungsabschnitt 26 angeschlossen ist, das Regelstreckenelement 54 in Abhängigkeit von dem durch den Stellbetrag-Verarbeitungsabschnitt 26 berechneten Stellbetrag auf die Sollstellung zu. Dies erlaubt, dass das Regelstreckenelement 54 entsprechend auf die Sollstellung zu bewegt wird. Der Regelbetragsdetektor 60 erfasst eine Betriebsstellung des durch das Stellglied 52 bewegten Regelstreckenelements 54 und führt die daraus resultierende Betriebsstellung als ein elektrisches Signal zu, das an den Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 auszugeben ist.
[Gleitmodusregelungsverarbeitung]
Die elektronische Regelvorrichtung 1 einer derartigen Struktur führt auf die im Folgenden beschriebene Weise eine Gleitmodusregelungsverarbeitung aus, um die Berechnungsverarbeitung derart zu vereinfachen, dass eine Gleitmodusregelungsverarbeitung mit einem verbesserten Führungsverhalten, wie beispielsweise einer Rampenantwort usw., ausgeführt wird. Im Folgenden wird die Funktionsweise der elektronischen Regelvorrichtung 1, bei der der Stellbetrag hauptsächlich für die auszuführende Gleitmodusregelungsverarbeitung berechnet wird, anhand eines in 2 dargestellten Flussdiagramms und eines in 3 dargestellten Zeitdiagramms ausführlich beschrieben.
2A stellt ein Flussdiagramm dar, das einen Ablauf einer Berechnungsverarbeitung zeigt, die vom Gleitmodusreglerabschnitt der elektronischen Regelvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, und 2B stellt ein Flussdiagramm dar, das einen Verarbeitungsablauf für die Berechnung der Schaltfunktion im Verlauf der Berechnungsverarbeitung des in 2A gezeigten Flussdiagramms zeigt. Darüber hinaus stellt 3 ein Zeitdiagramm dar, das ein Verfahren veranschaulicht, in dem die Schaltfunktion während der Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts der elektronischen Regelvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform berechnet wird.
Das in 2A gezeigte Flussdiagramm beginnt zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Zündschalter eines Fahrzeugs von einem ausgeschalteten Zustand in einen eingeschalteten Zustand geschaltet wird, und die Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 fährt mit dem Vorgang von Schritt S1 fort. Die Gleitmodusregelungsverarbeitung, d. h. die Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 wird während eines Zeitraums, in dem der Zündschalter eingeschaltet bleibt, wiederholt jeweils für einen festgelegten Regelzyklus ausgeführt.
Bei der Verarbeitung von Schritt S1 definiert der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22 konkret die Schaltfunktion σ unter Verwendung der Formel (1), abhängig von dem durch den Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 berechneten Sollbetrag und dem vom Regelbetragsdetektor 60 erfassten Regelbetrag, der die Betriebsstellung des Regelstreckenelements 54 angibt, woraufhin der Wert der Schaltfunktion σ berechnet wird.
Bei der in 2B gezeigten Verarbeitung von Schritt S10 aktualisiert insbesondere der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22 den Wert des Abweichungsbetrages "e", der in einem (n – 1)-ten Regelzyklus vor dem aktuellen Regelzyklus erhalten wurde, so dass er in seinem Zählwert auf einen Wert des Abweichungsbetrags "e" verringert wird, der im n-ten Zyklus vor dem aktuellen Regelzyklus erhalten wurde. Angenommen, ein Regelzyklus K, in dem der Gleitmodusreglerabschnitt 20 die aktuelle Berechnungsverarbeitung ausführt, gehört zu einem k-ten Zyklus (siehe 3), so wird der Abweichungsbetrag "e", der im Regelzyklus K = k im k-ten Zyklus berechnet wird, durch e(k) angegeben, und der Abweichungsbetrag "e", der im Regelzyklus K = (k – d) im d-ten Zyklus vor dem Regelzyklus K = k im k-ten Zyklus berechnet wurde, wird durch e(k – d) angegeben. Das heißt, wenn der Abweichungsbetrag e(k) im aktuellen Regelzyklus "k" berechnet wird, in einer Absicht, diesen als neuesten Abweichungsbetrag "e" im Speicher zu speichern, so tritt folgende Unannehmlichkeit auf. Im Speicher sind ein Abweichungsbetrag e(k – 1), der in einem Regelzyklus K = (k – 1), der um einen Zyklus vor dem aktuellen Regelzyklus "k" liegt, berechnet und im Speicher gespeichert wurde, und ein Abweichungsbetrag e(k – 2), ..., e(k – d), ... und e(1) vorhanden, die in entsprechenden Regelzyklen K = (k – 2), ..., (k – d), ..., 1 weiter vor dem Regelzyklus K = (k – 1) berechnet und im Regelzyklus K = (k – 1), der um einen Zyklus vor dem aktuellen Regelzyklus "k" liegt, im Speicher gespeichert wurden. Dies führt zu der Wahrscheinlichkeit, dass diese im Speicher gespeicherten Werte in unerwünschter Weise aktualisiert werden. Um diese Wahrscheinlichkeit zu vermeiden, wird die Zahl dieser Regelzyklen K im Zählwert in Einerschritten verringert, so dass die daraus resultierenden Werte zur Aktualisierung im Speicher gespeichert werden. Im Ergebnis dieser Aktualisierung wird die Verarbeitung in Schritt S10 beendet, bei dem der im Speicher gespeicherte Abweichungsbetrag "e" e(k – 1), ..., e(k – d), ... und e(1) beinhaltet. Auch ist "k" eine positive ganze Zahl und "d" und "n" stellen die folgenden positiven ganzen Zahlen dar, die mindestens gleich 1 und höchstens gleich N betragen, wobei N typischerweise k – 1 beträgt. Dadurch wird der Vorgang von Schritt S10 abgeschlossen und die Berechnungsverarbeitung der Schaltfunktion während der Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 geht zum Vorgang von Schritt S11 über.
Bei der Verarbeitung von Schritt S11 berechnet der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22 den Abweichungsänderungsbetrag ∆e durch Subtraktion des Regelbetrags, der die vom Regelbetragsdetektor 60 erfasste Betriebsstellung des Regelstreckenelements 54 angibt, von dem durch den Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 berechneten Sollbetrag. Angenommen, der Regelzyklus K für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 gehört zum k-ten Zyklus (siehe 3), so wird der Abweichungsbetrag "e", der im Regelzyklus K = k im k-ten Zyklus berechnet wird, durch e(k) angegeben. Das heißt, der aktuelle Abweichungsbetrag e(k) wird im Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 berechnet und der daraus resultierende Abweichungsbetrag e(k) wird im Speicher gespeichert. Im Ergebnis gehört der Abweichungsbetrag "e", der im Speicher gespeichert wird, woraufhin der Vorgang von Schritt S11 abgeschlossen ist, zu e(k), e(k – 1), ... und e(1). Dadurch wird der Vorgang von Schritt S11 abgeschlossen und die Berechnungsverarbeitung für die Schaltfunktion während der Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 geht zum Vorgang von Schritt S12 über.
Bei der Verarbeitung von Schritt S12 bestimmt der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22 den Stabilitätsgrad des Regelbetrags, der die vom Regelbetragsdetektor 60 erfasste Betriebsstellung des Regelstreckenelements 54 angibt, in Bezug auf den durch den Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 berechneten Sollbetrag. Insbesondere bestimmt der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22, ob ein Absolutwert eines Wertes, der durch Division des Regelbetrags durch den Sollbetrag erhalten wird, unter einem gegebenen Wert liegt. Wenn im Ergebnis der Bestimmung der Absolutwert des Wertes, der durch Division des Regelbetrags durch den Sollbetrag erhalten wird, unter dem gegebenen Wert liegt, bestimmt der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag stabil ist, woraufhin die Berechnungsverarbeitung für die Schaltfunktion während der Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 zum Vorgang von Schritt S13 übergeht. Wenn unterdessen im Ergebnis der Bestimmung der Absolutwert des Wertes, der durch Division des Regelbetrags durch den Sollbetrag erhalten wird, gleich dem gegebenen Wert ist oder darüber liegt, bestimmt der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag instabil ist, woraufhin die Berechnungsverarbeitung für die Schaltfunktion während der Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 zum Vorgang von Schritt S15 übergeht.
In der Verarbeitung bei Schritt S13 erlaubt es der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22, dass für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 ein Wert "d" auf "d2" eingestellt wird, das heißt, einen d-ten Zyklus zum Berechnen des Abweichungsbetrags e(k – d) auf dem Regelzyklus K = (k – d) im d-ten Zyklus vor dem Regelzyklus K = k, so dass "d2" im Speicher gespeichert wird. "d2" hat den Wert einer positive ganzen Zahl, der die als 0 < d1 < d2 < N ausgedrückte Beziehung erfüllt. Das heißt, wenn bestimmt wird, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag instabil ist, so geht der Vorgang zu Schritt S15 über, wo "d2" größer als "d1" ist, das heißt, auf einen Wert "d" eingestellt wird, um den Abweichungsbetrag e(k – d) zu berechnen. Der Vorgang bei Schritt S13 wird ausgeführt, wenn bestimmt wird, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag stabil ist. Somit wird "d" auf einen relativ hohen Wert "d2" eingestellt, mit der Überlegung, dass der Wert des Abweichungsbetrags "e" in jedem Regelzyklus K an sich eine geringere zeitbezogene Schwankung aufweist. Dann wird der Abweichungsbetrag e(k – d2) im Regelzyklus K = k – d2 verwendet, der vom Regelzyklus K = k zurückversetzt ist, in dem die aktuelle Berechnungsverarbeitung vom Gleitmodusreglerabschnitt 20 ausgeführt wurde. Dann wird der Vorgang zur Berechnung des aktuellen Abweichungsänderungsbetrags (in den Figuren als "CDVA" bezeichnet) ∆e(k) für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 ausgeführt. Bei der Bestimmung des Werts "d" kann ferner der Wert "d" vorzugsweise unter Berücksichtigung einer Verzögerung im Ansprechverhalten bestimmt werden, wenn der Regelbetragsdetektor 60 den Regelbetrag ausgibt, nachdem der Stellbetrag in das Stellglied 52 eingegeben wurde. Dies geht auf die Tatsache zurück, dass kein Regelbetrag an sich erfasst wird, selbst wenn versucht wird, in der aktuellen Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 den Abweichungsbetrag "e" und den Abweichungsänderungsbetrag ∆e für ein Zeitintervall zu berechnen, das kürzer als eine Leerlaufzeit ist, in der kein Regelbetrag ausgegeben wird; und dass es Zeitverschwendung ist, wenn der Gleitmodusreglerabschnitt 20 eine aktuelle Berechnungsverarbeitung ausführt. Dadurch wird der Vorgang bei Schritt S13 abgeschlossen und die Berechnungsverarbeitung für die Schaltfunktion während der Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 geht zum Vorgang von Schritt S14 über.
In dem Vorgang von Schritt S14 erlaubt der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22, dass der Koeffizient G, der in der Formel (1), die die Schaltfunktion σ darstellt, verwendet werden soll und der in Formel (2) definiert ist, einen gegebenen Zuwachswert G2 aufweist. Unter Berücksichtigung der Situation, wenn bestimmt wird, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag stabil ist, kann der gegebene Zuwachswert G2 einen Wert aufweisend bestimmt werden, der sich von dem gegebenen Zuwachswert G1 in Schritt S16 unterscheidet, welcher auftritt, wenn bestimmt wird, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag instabil ist. Das heißt, der Koeffizient G kann variabel sein und in Abhängigkeit vom Stabilitätsgrad des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag eingestellt werden. In einer Situation, in der der Regelbetrag Rauschkomponenten beinhaltet, die während des Detektionsvorgangs des Regelbetragsdetektors 60 induziert werden, kann beispielsweise die Einstellung des Koeffizienten G auf einen relativ kleinen Wert bewirkt werden. Dies beschränkt einen Schwankungsfaktor im Wert der Schaltfunktion σ, während gleichzeitig ein unerwünschter Effekt verringert wird, der mit einer Schwankung des Regelbetrages im Ausdruck des Abweichungsänderungsbetrags ∆e im Wert der Schaltfunktion σ verursacht wird. Ist der Regelbetrag dagegen stabil, so spielt es keine Rolle, ob die Einstellung des Koeffizienten G auf einen relativ großen Wert bewirkt wird. Hier ist in Bezug auf den Koeffizienten G die Zyklusdauer ∆t gleich eines festgelegten Zeitraums, während der die Gleitmodusregelungsverarbeitung mit einem festgelegten Wert ausgeführt wird. Somit muss zur Änderung des Koeffizienten G ein Wert einer Dämpfungscharakteristikkomponente "g" unter Berücksichtigung des Stabilitätsgrads des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag geändert werden. Dadurch wird der Vorgang bei Schritt S14 abgeschlossen und die Berechnungsverarbeitung für die Schaltfunktion während der Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 geht zum Vorgang bei Schritt S17 über.
Im Vorgang bei Schritt S15 erlaubt es der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22, dass "d1" zur Speicherung im Speicher auf den Wert "d" eingestellt wird, das heißt, einen d-ten Zyklus zur Berechnung des Abweichungsbetrags e(k – d) im Regelzyklus K = (k – d), der um den d-ten Zyklus vom Regelzyklus K = k zurückversetzt ist, in dem die aktuelle Berechnungsverarbeitung vom Gleitmodusreglerabschnitts 20 ausgeführt wird. Ein Wert von "d1" ist eine positive ganze Zahl, der die als 0 < d1 < d2 < N ausgedrückte Beziehung erfüllt. Das heißt, wenn bestimmt wird, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag stabil ist, so ist "d1" kleiner als "d2", das auf den Wert "d" eingestellt wird, um in Schritt S13 den Abweichungsbetrag e(k – d) zu berechnen. Dies ist auf die im Folgenden beschriebene Tatsache zurückzuführen. Das heißt, der Vorgang bei Schritt S15 wird ausgeführt, wenn bestimmt wird, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag instabil ist. Somit wird "d" auf einen relativ kleinen Wert "d1" eingestellt, mit der Überlegung, dass der Wert des Abweichungsbetrags "e" in jedem Regelzyklus K an sich eine größere zeitbezogene Schwankung aufweist. Dann wird der Abweichungsbetrag e(k – d1) im Regelzyklus K = k – d1 verwendet, der zeitlich näher am Regelzyklus K = k liegt, in dem die aktuelle Berechnungsverarbeitung vom Gleitmodusreglerabschnitt 20 ausgeführt wird. Dann wird der Vorgang zur Berechnung des Abweichungsänderungsbetrags ∆e(k) für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 ausgeführt. Dadurch wird der Vorgang bei Schritt S15 abgeschlossen und die Berechnungsverarbeitung für die Schaltfunktion während der Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 geht zum Vorgang bei Schritt S16 über.
In dem Vorgang bei Schritt S16 erlaubt es der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22, dass der Koeffizient G, der in der Formel (1), die die Schaltfunktion σ darstellt, verwendet wird und der in Formel (2) definiert ist, einen gegebenen Zuwachswert G1 aufweist. Unter Berücksichtigung der Situation, wenn bestimmt wird, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag instabil ist, kann der gegebene Zuwachswert G1 auf einen Wert festgelegt werden, der sich von dem gegebenen Zuwachswert G2 in Schritt S14 unterscheidet, welcher auftritt, wenn bestimmt wird, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag stabil ist. Das heißt, der Koeffizient G kann in Abhängigkeit vom Stabilitätsgrad des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag frei verändert werden. Dadurch wird der Vorgang bei Schritt S14 abgeschlossen und die Berechnungsverarbeitung für die Schaltfunktion während der Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 geht zum Vorgang bei Schritt S17 über.
Im Vorgang bei Schritt S17 berechnet der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22 den Abweichungsänderungsbetrag ∆e(k) für den Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 und speichert den daraus resultierenden berechneten Wert im Speicher. Bei diesem Vorgang wird der Abweichungsbetrag e(k – d2) im Regelzyklus K = (k – d2), der um einen d2-ten Zyklus vom Regelzyklus K = k zurückversetzt ist, in dem die aktuelle Berechnungsverarbeitung vom Gleitmodusreglerabschnitt 20 ausgeführt wird, unter Verwendung von "d2" als den im Vorgang von Schritt S13 bestimmten Wert "d", oder der Abweichungsbetrag e(k – d1) im Regelzyklus K = (k – d1), der um einen d1-ten Zyklus vom Regelzyklus K = k zurückversetzt ist, in dem die aktuelle Berechnungsverarbeitung vom Gleitmodusreglerabschnitt 20 ausgeführt wird, unter Verwendung von "d1" als den im Vorgang von Schritt S15 bestimmten Wert "d", von der Abweichung e(k) subtrahiert, die im Vorgang von Schritt S11 für den Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 berechnet wurde. Dadurch wird der Vorgang von Schritt S17 abgeschlossen und die Berechnungsverarbeitung für die Schaltfunktion während der Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 geht zum Vorgang bei Schritt S18 über.
Im Vorgang bei Schritt S18 führt der Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22 folgende Verarbeitung aus: ein Wert wird erzielt durch Multiplizieren des bei Schritt S17 berechneten Abweichungsänderungsbetrags ∆e(k) für den Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20, mit G2, der den im Vorgang bei Schritt S14 bestimmten Wert des Koeffizienten G darstellt; oder es wird ein Wert erzielt durch Multiplizieren des bei Schritt S17 berechneten Abweichungsänderungsbetrags ∆e(k) für den Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20, mit G1, der den im Vorgang bei Schritt S16 bestimmten Wert des Koeffizienten G darstellt. Diese Werte werden zum Abweichungsbetrag e(k) für den Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 im Vorgang bei Schritt S11 addiert, wodurch die Schaltfunktion σ konkret definiert wird, während ein Wert derselben berechnet wird, um den daraus resultierenden berechneten Wert der Schaltfunktion σ im Speicher zu speichern. Dadurch wird der Vorgang bei Schritt S17 abgeschlossen sowie der Vorgang bei Schritt S1, und die Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 geht zu dem in 2A gezeigten Vorgang von Schritt S2 über.
Im Vorgang bei Schritt S2 berechnet der Regeleingabe-Berechnungsabschnitt 24 den Regeleingabebetrag einschließlich des Äquivalenzregel-Eingabebetrags, des Erreichungsregel-Eingabebetrags und des Nicht-Linear-Regel-Eingabebetrags. Dies erfolgt in Abhängigkeit von dem durch den Sollbetrag-Berechnungsabschnitt 10 berechneten Sollbetrag und dem Wert der Schaltfunktion σ, dem Abweichungsbetrag e(k) beziehungsweise dem Abweichungsänderungsbetrag ∆e(k) für den Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20, die jeweils in dem Vorgang bei Schritt S1 im Schaltfunktion-Berechnungsabschnitt 22 berechnet wurden.
Insbesondere führt der Regeleingabe-Berechnungsabschnitt 24 den Vorgang bei Schritt S21 aus, um den Äquivalenzregel-Eingabebetrag UE zu berechnen. Dieser wird verwendet, um zu erlauben, dass der Abweichungsbetrag e(k) für den Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 und der Abweichungsänderungsbetrag ∆e(k) für den Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 auf die Schaltlinie begrenzt werden. Dann wird der Vorgang bei Schritt S22 ausgeführt, um den Erreichungsregel-Eingabebetrag UR zu berechnen, um zu erlauben, dass der Abweichungsbetrag e(k) für den Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 und der Abweichungsänderungsbetrag ∆e(k) für den Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 sich der Schaltlinie nähern und an diese angepasst sind. Dann wird der Vorgang bei Schritt S23 ausgeführt, um den Nicht-Linear-Regel-Eingabebetrag UN zu berechnen, um den Modellierfehler im Zusammenhang mit der Schaltfunktion σ zu minimieren. Außerdem führt der Regeleingabe-Berechnungsabschnitt 24 den Vorgang bei Schritt S24 aus, so dass der Äquivalenzregel-Eingabebetrag UE, der Erreichungsregel-Eingabebetrag UR und der Nicht-Linear-Regel-Eingabebetrag UN, die wie oben beschrieben berechnet wurden, addiert werden, um den Regeleingabebetrag für den Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 zu berechnen, wobei der daraus resultierende Wert im Speicher gespeichert wird. Dadurch wird der Vorgang bei Schritt S2 abgeschlossen und die Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 geht zu Schritt S3 über.
Im Vorgang bei Schritt S3 berechnet der Stellbetrag-Verarbeitungsabschnitt 26 in Abhängigkeit von dem in Schritt S24 berechneten Regeleingabebetrag für den Regelzyklus K = k für die aktuelle Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 den Stellbetrag für das anzusteuernde Stellglied 52, so dass das Regelstreckenelement 54 zu der zum Sollbetrag gehörigen Sollstellung bewegt wird. Dadurch wird der Vorgang bei Schritt S3 abgeschlossen, wodurch die Berechnungsverarbeitung des Gleitmodusreglerabschnitts 20 für den aktuellen Regelzyklus K = k beendet wird. Für den aktuellen Regelzyklus K = k bewegt das Stellglied 52 das Regelstreckenelement in Abhängigkeit von diesem Stellbetrag zur Sollstellung hin, so dass das Regelstreckenelement 54 entsprechend zu der Sollstellung in Konvergenz bewegt wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur der vorliegenden Ausführungsform stellt der Gleitmodusreglerabschnitt 20 Berechnungen an unter Verwendung der Schaltfunktion σ, in der der Abweichungsbetrag "e", der die Abweichung zwischen dem Regelbetrag und dem Sollbetrag darstellt, auf einen ersten Zustandsbetrag eingestellt wird und der Abweichungsänderungsbetrag ∆e, der den Änderungsbetrag des Abweichungsbetrags darstellt, auf einen zweiten Zustandsbetrag eingestellt wird. Der Gleitmodusregelungsvorgang wird derart ausgeführt, dass der aktuelle Abweichungsbetrag e(k), der die Abweichung zwischen dem Regelbetrag und dem Sollbetrag darstellt und im aktuellen Zyklus erfasst wird, und der aktuelle Abweichungsänderungsbetrag ∆e(k), der eine Differenz zwischen dem aktuellen Abweichungsbetrag e(k) und dem früheren Abweichungsbetrag e(k – d) darstellt, der in dem früheren Zyklus vor dem aktuellen Zyklus berechnet wurde, jeweils für einen festgelegten Zeitraum berechnet werden. Dann wird die Schaltfunktion σ berechnet, indem der aktuelle Abweichungsbetrag e(k) und der aktuellen Abweichungsänderungsbetrag ∆e(k) für den ersten beziehungsweise den zweiten Zustandsbetrag eingesetzt werden, ohne dass der Zeitdifferenzwert (Änderungsgeschwindigkeit der Abweichung) der Abweichung an sich berechnet wird. Dies ermöglicht die Vereinfachung der Berechnungsverarbeitung, während gleichzeitig die Ausführung der Gleitmodusregelung mit verbessertem Führungsverhalten, wie etwa einer Rampenantwort oder dergleichen, ermöglicht wird.
Ferner beinhaltet die Schaltfunktion σ den Koeffizienten G, mit dem der Abweichungsänderungsbetrag ∆e multipliziert wird; und der Koeffizient G umfasst die Dämpfungscharakteristikkomponente "g" zum Definieren der Konvergenzcharakteristik, bei welcher der erste Zustandsbetrag "e" und der zweite Zustandsbetrag ∆e zu dem Ausgleichszustand in der Gleitmodusregelung konvergieren, und der Zeitkomponente ∆t mit der gleichen Zeitdauer wie die Zyklusdauer eines festgelegten Zeitraums. Dies ermöglicht die Führung des ersten Zustandsbetrags "e" und des zweiten Zustandsbetrags ∆e zum Ausgleichszustand, und der Abweichungsänderungsbetrag ∆e, bei dem es sich entweder um den ersten Zustandsbetrag "e" oder den zweiten Zustandsbetrag ∆e dieser Zustandsbeträge "e" und ∆e handelt, kann durch die Zyklusdauer ∆t eines festgelegten Regelzyklus dividiert werden, was dazu führt, dass die Berechnungsverarbeitung zuverlässig vereinfacht werden kann.
Darüber hinaus bestimmt der Gleitmodusreglerabschnitt 20 den Stabilitätsgrad des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag jeweils für den festgelegten Zeitraum. Wenn bestimmt wird, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag in einem stabilen Zustand bleibt, wird ein Zeitintervall zwischen dem aktuellen Zyklus zur Berechnung des Abweichungsänderungsbetrags ∆e und dem früheren Zyklus frei um die gleiche Zeitdauer ∆t verlängert wie die Zyklusdauer des festgelegten Zeitraums. Dies ermöglicht die zuverlässige Berechnung des Abweichungsänderungsbetrag ∆e unter einer optimalen Bedingung, bei der der Regelbetrag in Bezug auf den Sollbetrag stabil bleibt.
Überdies kann der Gleitmodusreglerabschnitt 20, der zum freien Ändern der Dämpfungscharakteristikkomponente "g" in Abhängigkeit vom Stabilitätsgrad des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag in der Lage ist, einen Wert des Koeffizienten G ändern, mit dem der Abweichungsänderungsbetrag ∆e multipliziert wird. Dies ermöglicht die Berechnung des Wertes der Schaltfunktion σ unter Umständen, die weniger anfällig für die Effekte von Störfaktoren sind, während unerwünschte Effekte, die von Rauschkomponenten im Regelbetrag verursacht werden, unterlassen werden.
Darüber hinaus erlaubt der Gleitmodusreglerabschnitt 20, dass das Zeitintervall zwischen dem aktuellen Zyklus zur Berechnung des Abweichungsänderungsbetrags ∆e und dem früheren Zyklus auf einen gleichen Wert wie oder größeren Wert als die Antwortverzögerungszeit eingestellt wird, die auftritt, wenn der Stellbetrag in die Regelstreckeneinrichtung 50 eingegeben und der Regelbetrag ausgegeben wird. Ein solches Zeitintervall kann unter Berücksichtigung einer Leerlaufzeit bestimmt werden, in der kein Regelbetrag ausgegeben wird. Dies ermöglicht eine zuverlässige Berechnung des Abweichungsänderungsbetrags ∆e.
Außerdem wird bei der vorstehend erläuterten vorliegenden Ausführungsform auf der Grundlage des Absolutwerts des Wertes, der aus der Division des Regelbetrags durch den Sollbetrag resultiert, der Stabilitätsgrad des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag bestimmt. Diese Bestimmung kann jedoch auf der Grundlage eines Verhältnisse zwischen dem Sollbetrag und dem Regelbetrag erfolgen und gegebenenfalls kann diese Bestimmung auf der Grundlage dessen erfolgen, ob die Schaltfunktion einen Wert aufweist, der bei nahezu Null gehalten wird.

Claims

Elektronische Regelvorrichtung (1), umfassend: einen Gleitmodusreglerabschnitt (20), der eine Gleitmodusregelungsverarbeitung ausführt, um einen Stellbetrag an eine Regelstreckeneinrichtung (50) auszugeben, so dass ein von der Regelstreckeneinrichtung (50) bereitgestellter Regelbetrag einen Sollbetrag (TA) erreicht, der eine Schaltlinie oder eine Schaltebene mit einer Schaltfunktion (σ) definiert, die eine Mehrzahl von Zustandsbeträgen als Variablen verwendet, nach denen eine Regeleingabe berechnet wird, so dass die Mehrzahl von Zustandsbeträgen zu einem Ausgleichszustand auf der Schaltlinie oder der Schaltebene konvergierend sind, während bewirkt wird, dass der auf der Regeleingabe basierende Stellbetrag an die Regelstreckeneinrichtung (50) ausgegeben wird, wobei die Mehrzahl von Zustandsbeträgen einen ersten Zustandsbetrag und einen zweiten Zustandsbetrag beinhalten, nach denen der Gleitmodusreglerabschnitt (20) die Einstellung eines Abweichungsbetrags (e), der eine Abweichung zwischen dem Regelbetrag und dem Sollbetrag (TA) darstellt, als ersten Zustandsbetrag erlaubt, während er die Gleitmodusregelungsverarbeitung jeweils für ein festgelegtes Zeitintervall unter Verwendung der Schaltfunktion (σ) mit einem Abweichungsänderungsbetrag (∆e) ausführt, der einen Änderungsbetrag des Abweichungsbetrags (e) darstellt, der als zweiter Zustandsbetrag eingestellt wird, um dadurch einen aktuellen Abweichungsbetrag (e) zu berechnen, der eine Abweichung zwischen dem in einem aktuellen Zyklus erfassten Regelbetrag und einem aktuellen Abweichungsänderungsbetrag (∆e) darstellt, der eine Differenz zwischen dem aktuellen Abweichungsbetrag (e) und einem früheren Abweichungsbetrag (e) darstellt, der in einem früheren Zyklus vor dem aktuellen Zyklus jeweils für das festgelegte Zeitintervall berechnet wurde, woraufhin der aktuelle Abweichungsbetrag (e) und der aktuelle Abweichungsänderungsbetrag (∆e) für den ersten Zustandsbetrag und den zweiten Zustandsbetrag eingesetzt werden, um den Wert der Schaltfunktion (σ) zu berechnen, wobei die Schaltfunktion (σ) einen Koeffizienten (G) beinhaltet, mit dem der Abweichungsänderungsbetrag (∆e) multipliziert wird, wobei der Koeffizient (G) eine Dämpfungscharakteristikkomponente beinhaltet, die eine Konvergenzcharakteristik definiert, welche der Funktion dient, zu erlauben, dass der erste Zustandsbetrag und der zweite Zustandsbetrag zu einem Ausgleichszustand in der Gleitmodusregelungsverarbeitung konvergieren, sowie eine Zeitkomponente mit der gleichen Zeitdauer wie eine Zyklusdauer des festgelegten Zeitraums, und wobei der Gleitmodusreglerabschnitt (20) einen Stabilitätsgrad des Regelbetrages in Bezug auf den Sollbetrag (TA) jeweils für den festgelegten Zeitraum bestimmt, woraufhin, wenn bestimmt wird, dass der Regelbetrag in Bezug auf den Regelbetrag in einem stabilen Zustand verblieben ist, ein Zeitintervall zwischen dem aktuellen Zyklus und dem früheren Zyklus für den zu berechnenden Abweichungsänderungsbetrag (∆e) frei um die gleiche Zeitdauer verlängert wird wie eine Zyklusdauer des festgelegten Zeitraums.
Elektronische Regelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gleitmodusreglerabschnitt (20) die Dämpfungscharakteristikkomponente in Abhängigkeit von dem Stabilitätsgrad des Regelbetrags in Bezug auf den Sollbetrag (TA) frei verändert.
Elektronische Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Gleitmodusreglerabschnitt (20) erlaubt, dass ein Zeitintervall zwischen dem aktuellen Zyklus zur Berechnung des Abweichungsänderungsbetrags (∆e) und dem früheren Zyklus auf den gleichen Wert wie eine Antwortverzögerungszeit zwischen der Anwendung des Stellbetrags auf die Regelstreckeneinrichtung (50) und der Ausgabe des Regelbetrages oder einen größeren Wert eingestellt wird.