JP2003172183A - Air-fuel ratio control system for internal combustion engine - Google Patents
Air-fuel ratio control system for internal combustion engineInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の空燃比
制御装置に関し、特に、セルフチューニングにより制御
ゲインを算出しつつ、空燃比フィードバック制御を行う
内燃機関の空燃比制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, and more particularly to an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that performs air-fuel ratio feedback control while calculating a control gain by self-tuning.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、内燃機関においては、排気浄
化や燃費向上等を目的として空燃比を目標値にフィード
バック制御するのが一般的である。かかる空燃比フィー
ドバック制御を精度よく行う技術として、本願出願人
は、先の出願（特願２００１−７９２７２号）におい
て、スライディングモード制御により燃料噴射量のフィ
ードバック制御量を算出する内燃機関の空燃比制御装置
において、スミス法によりむだ時間補償制御を行いつ
つ、セルフチューニング制御によって前記スライディン
グモード制御の制御ゲインを算出するよう構成したもの
を提案した。2. Description of the Related Art Conventionally, in an internal combustion engine, it is general to feedback control an air-fuel ratio to a target value for the purpose of exhaust gas purification, fuel efficiency improvement, and the like. As a technique for performing such air-fuel ratio feedback control with high accuracy, the applicant of the present application has disclosed that in the previous application (Japanese Patent Application No. 2001-79272), an air-fuel ratio control of an internal combustion engine for calculating a feedback control amount of a fuel injection amount by sliding mode control. It has been proposed that the device is configured to calculate the control gain of the sliding mode control by self-tuning control while performing dead time compensation control by the Smith method.
【０００３】かかる空燃比制御装置では、以下のように
して前記フィードバック制御量を算出する。燃料噴射手
段から空燃比検出手段までの間のプラントを伝達関数で
表したプラントモデルを、燃料噴射量と実空燃比に基づ
いて逐次同定する。該同定したプラントモデル（のパラ
メータ）を用いて、前記プラント、フィードバック制御
量算出部（すなわち、スライディングモード制御部）及
びむだ時間補償制御部を含むシステム全体を１つの伝達
関数で表し、その極が応答性、行き過ぎ量、整定時間等
の点から望ましい極と一致するように前記スライディン
グモード制御の制御ゲインを算出する。In such an air-fuel ratio control device, the feedback control amount is calculated as follows. A plant model in which a plant between the fuel injection means and the air-fuel ratio detection means is represented by a transfer function is sequentially identified based on the fuel injection amount and the actual air-fuel ratio. Using the identified plant model (parameter thereof), the entire system including the plant, the feedback control amount calculation unit (that is, the sliding mode control unit) and the dead time compensation control unit is represented by one transfer function, and its pole is The control gain of the sliding mode control is calculated so as to match the desired pole in terms of responsiveness, overshoot, settling time, and the like.
【０００４】そして、算出された制御ゲインを用いたス
ライディングモード制御により燃料噴射量のフィードバ
ック制御量を算出することで、プラントの特性変化に精
度よく対応させた空燃比制御を実行している。Then, the feedback control amount of the fuel injection amount is calculated by the sliding mode control using the calculated control gain, so that the air-fuel ratio control accurately corresponding to the characteristic change of the plant is executed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものは、以下の点で改良の余地があった。すなわ
ち、運転状態によっては、上述したようなフィードバッ
ク制御を行わずにオープンループ制御を行う場合や燃料
カットを行い、前記スライディングモード制御部で算出
したフィードバック制御量が前記燃料噴射手段に出力さ
れない場合がある。However, the above-mentioned conventional device has room for improvement in the following points. That is, depending on the operating state, there may be cases where open loop control is performed without performing feedback control as described above or when fuel cut is performed, and the feedback control amount calculated by the sliding mode control unit is not output to the fuel injection means. is there.
【０００６】この場合であっても、空燃比（すなわち、
プラント出力）は検出され、スライディングモード制御
の積分項は、目標空燃比と実空燃比の偏差（エラー量）
に基づき算出されるため、前記オープンループ制御又は
燃料カットの終了後に、前記算出されたフィードバック
制御量による燃料噴射制御が再開されたときに積分項が
増大してしまい、正しいフィードバック制御量が燃料噴
射手段に出力されず、空燃比制御の精度が悪化し、排気
エミッション悪化を招いてしまう。Even in this case, the air-fuel ratio (that is,
The plant output) is detected, and the integral term of the sliding mode control is the deviation (error amount) between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio.
Therefore, after the open loop control or the fuel cut is completed, the integral term increases when the fuel injection control by the calculated feedback control amount is restarted, and the correct feedback control amount is obtained. Therefore, the accuracy of the air-fuel ratio control is deteriorated and the exhaust emission is deteriorated.
【０００７】また、かかる問題は、スライディングモー
ド制御によりフィードバック制御量を算出するものに限
られるものではない。本発明は、上記問題に鑑みなされ
たものであって、燃料噴射量のフィードバック制御量を
適切に算出することにより、空燃比フィードバック制御
を精度よく実行できる内燃機関の空燃比制御装置を提供
することを目的とする。Further, such a problem is not limited to the calculation of the feedback control amount by the sliding mode control. The present invention has been made in view of the above problems, and provides an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that can accurately perform air-fuel ratio feedback control by appropriately calculating a feedback control amount of a fuel injection amount. With the goal.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】そのため、請求項１に係
る発明は、空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、実
際の空燃比が運転状態に応じて設定された目標空燃比と
なるようにフィードバック制御する内燃機関の空燃比制
御装置であって、プラントモデルを同定することでプラ
ントの特性変動に対応しつつ、同定したプラントモデル
のパラメータを用いて、燃料噴射量のフィードバック制
御量算出用に最適な制御ゲインを算出する。Therefore, the invention according to claim 1 is provided with an air-fuel ratio detecting means for detecting the air-fuel ratio so that the actual air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio set according to the operating condition. An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that performs feedback control in accordance with the above, by using the parameters of the identified plant model while responding to the characteristic variation of the plant by identifying the plant model, for calculating the feedback control amount of the fuel injection amount. Calculate the optimum control gain for.
【０００９】そして、算出した制御ゲインを用いて前記
フィードバック制御量を算出し、該フィードバック制御
量に基づく燃料噴射制御により、精度のよい空燃比制御
を行う一方、算出したフィードバック制御量によって燃
料噴射制御が実行されない運転領域（燃料カット時やオ
ープンループ制御時等）では、前記フィードバック制御
量の算出を禁止するようにした。Then, the feedback control amount is calculated using the calculated control gain, the fuel injection control based on the feedback control amount is used to perform accurate air-fuel ratio control, and the fuel injection control is performed based on the calculated feedback control amount. The calculation of the feedback control amount is prohibited in an operating region in which is not executed (during fuel cut or open loop control).
【００１０】請求項２に係る発明は、前記制御量算出手
段が、前記プラントモデルを用いてプラントに含まれる
むだ時間の影響を排除するむだ時間補償手段を備えるこ
とを特徴とする。なお、かかるむだ時間補償手段として
は、プラントモデルを用いて局所フィードバックを行う
スミス法がある。The invention according to claim 2 is characterized in that the control amount calculating means comprises dead time compensating means for eliminating the influence of dead time contained in the plant by using the plant model. As the dead time compensating means, there is a Smith method for performing local feedback using a plant model.
【００１１】請求項３に係る発明は、前記制御量算出手
段が、前記フィードバック制御量の算出が禁止された
後、フィードバック制御量の算出を再開するときに、運
転状態に応じてあらかじめ設定された初期値を積分項に
設定することを特徴とする。従って、前記フィードバッ
ク制御量の算出が禁止された後、算出を再開するとき
は、禁止直前に算出した積分項をそのまま用いたり、単
にクリアしたり（０とする）のではなく、所定の初期値
が設定されることになる。According to a third aspect of the present invention, when the control amount calculation means resumes the calculation of the feedback control amount after the calculation of the feedback control amount is prohibited, the control amount calculation means is set in advance according to the operating state. The feature is that the initial value is set to the integral term. Therefore, when the calculation of the feedback control amount is prohibited, when the calculation is restarted, the integral term calculated immediately before the prohibition is not used as it is or is not simply cleared (set to 0) but a predetermined initial value. Will be set.
【００１２】請求項４に係る発明は、前記制御量算出手
段が、前記フィードバック制御量の算出を再開した後、
所定期間のあいだ、設定した初期値を保持することを特
徴とする。請求項５に係る発明は、前記制御量算出手段
が、スライディングモード制御により前記フィードバッ
ク制御量を算出することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, after the control amount calculation means restarts the calculation of the feedback control amount,
A feature is that the set initial value is held for a predetermined period. The invention according to claim 5 is characterized in that the control amount calculation means calculates the feedback control amount by sliding mode control.
【００１３】すなわち、スライディングモード制御によ
って、排気空燃比を目標空燃比に収束させるための空燃
比フィードバック補正係数を求め、該空燃比フィードバ
ック補正係数を用いて燃料噴射量（すなわち、燃料噴射
量のフィードバック制御量）が算出されることになる。
請求項６に係る発明は、前記禁止手段が、更に、前記同
定手段によるプラントモデルのパラメータ推定を禁止す
る同定禁止手段を備えることを特徴とする。That is, an air-fuel ratio feedback correction coefficient for converging the exhaust air-fuel ratio to the target air-fuel ratio is obtained by the sliding mode control, and the fuel injection amount (that is, the feedback of the fuel injection amount is fed back using the air-fuel ratio feedback correction coefficient. The control amount) will be calculated.
The invention according to claim 6 is characterized in that the prohibition means further comprises an identification prohibition means for prohibiting the parameter estimation of the plant model by the identification means.
【００１４】請求項７に係る発明は、前記同定手段が、
前記同定禁止手段によりパラメータ推定を禁止された
後、パラメータ推定を再開するときに、運転状態に応じ
てあらかじめ設定された初期値を前記プラントモデルの
パラメータに設定することを特徴とする。これにより、
フィードバック制御量の算出を再開するときは、禁止直
前に算出した各パラメータをそのまま用いたり、単にク
リアしたりする（０とする）のではなく、所定の初期値
が設定されることになる。According to a seventh aspect of the invention, the identifying means comprises:
After the parameter estimation is prohibited by the identification prohibiting means, when the parameter estimation is restarted, an initial value preset according to the operating state is set as the parameter of the plant model. This allows
When the calculation of the feedback control amount is restarted, each parameter calculated immediately before prohibition is not used as it is or is simply cleared (set to 0), but a predetermined initial value is set.
【００１５】請求項８に係る発明は、前記同定手段が、
前記パラメータ推定を再開した後、所定期間のあいだ、
設定した初期値を保持することを特徴とする。これによ
り、相関しない、すなわち、応答遅れによって入力に対
応する出力となっていない）状態におけるプラントモデ
ルの同定を回避する。According to an eighth aspect of the present invention, the identifying means comprises:
After restarting the parameter estimation, for a predetermined period,
It is characterized by holding the set initial value. This avoids the identification of the plant model in a state where there is no correlation, that is, the output does not correspond to the input due to the response delay.
【００１６】請求項９に係る発明は、前記同定手段が、
逐次最小二乗法を用いて前記プラントモデルのパラメー
タを推定することを特徴とする。請求項１０に係る発明
は、前記制御ゲイン算出手段は、前記プラント及び制御
量算出手段を含むシステム全体を伝達関数で表し、該シ
ステム全体の伝達関数が設定された特性を有するように
前記制御量算出手段の制御ゲインを算出することを特徴
とする。According to a ninth aspect of the present invention, the identifying means comprises:
It is characterized in that the parameters of the plant model are estimated by using the recursive least squares method. According to a tenth aspect of the present invention, the control gain calculation unit represents the entire system including the plant and the control amount calculation unit by a transfer function, and the control amount is set such that the transfer function of the entire system has a set characteristic. The control gain of the calculation means is calculated.
【００１７】すなわち、空燃比フィードバック制御をセ
ルフチューニングコントロールを用いた制御により行
う。請求項１１に係る発明は、前記所定の運転状態は、
燃料カット時又はオープンループ制御時であることを特
徴とする。That is, the air-fuel ratio feedback control is performed by the control using the self-tuning control. In the invention according to claim 11, the predetermined operating state is
It is characterized in that it is during fuel cut or during open loop control.
【００１８】[0018]
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、空燃比フ
ィードバック制御時においては、制御量算出手段により
算出されたフィードバック制御量を用いて空燃比制御を
精度よく行うと共に、フィードバック制御が行われない
場合においては、フィードバック制御量の算出を禁止す
ることで、エラー量（目標空燃比―実空燃比）に基づい
て算出される積分項の影響を排除し、前記フィードバッ
ク制御が再開されたときに、誤ったフィードバック制御
量が算出されること（誤った燃料噴射制御）を防止でき
る。According to the first aspect of the present invention, during the air-fuel ratio feedback control, the air-fuel ratio control is accurately performed using the feedback control amount calculated by the control amount calculation means, and the feedback control is performed. If not, the influence of the integral term calculated based on the error amount (target air-fuel ratio-actual air-fuel ratio) is eliminated by prohibiting the calculation of the feedback control amount, and when the feedback control is restarted. In addition, it is possible to prevent an incorrect feedback control amount from being calculated (erroneous fuel injection control).
【００１９】請求項２に係る発明によれば、プラントに
含まれるむだ時間要素による影響を補償しつつ、フィー
ドバック制御量を精度よく算出できる。この結果、制御
の立ち上がりの鈍化、オーバーシュートを防止して良好
な制御を確保できる。請求項３に係る発明によれば、空
燃比フィードバック制御再開時に、直ちに適正なフィー
ドバック制御量を燃焼噴射手段に出力できる。According to the second aspect of the present invention, the feedback control amount can be accurately calculated while compensating for the influence of the dead time element included in the plant. As a result, it is possible to prevent the control from rising slowly and prevent overshoot, thereby ensuring good control. According to the invention of claim 3, when the air-fuel ratio feedback control is restarted, an appropriate feedback control amount can be immediately output to the combustion injection means.
【００２０】請求項４に係る発明によれば、空燃比フィ
ードバック制御が再開された後において、前記エラー量
に基づいて算出される積分項の応答遅れ分の影響を排除
して、誤ったフィードバック制御量の算出を防止でき
る。請求項５に係る発明によれば、外乱の影響を抑制し
つつ、空燃比フィードバック制御を精度よく行うことが
できる。According to the fourth aspect of the present invention, after the air-fuel ratio feedback control is restarted, the influence of the response delay of the integral term calculated based on the error amount is eliminated, and erroneous feedback control is performed. It is possible to prevent the calculation of the amount. According to the invention of claim 5, the air-fuel ratio feedback control can be performed accurately while suppressing the influence of disturbance.
【００２１】請求項６に係る発明によれば、フィードバ
ック制御が行われない場合には、プラントモデルの同定
を禁止するので、フィードバック制御時とは全く異なる
プラントの状態予測（すなわち、制御量算出手段により
算出したフィードバック制御量とは無関係な入力とそれ
による出力とに基づく状態予測）を行うことによる同定
精度の悪化を防止して、制御ゲイン算出、ひいては、フ
ィードバック制御量の算出を精度よく行うための同定精
度を確保する。According to the sixth aspect of the present invention, when feedback control is not performed, the identification of the plant model is prohibited, so that the state prediction of the plant (that is, the control amount calculation means) is completely different from that at the time of feedback control. In order to prevent the deterioration of the identification accuracy due to the state prediction based on the input and output that are unrelated to the feedback control amount calculated by the control gain calculation, and by extension, the feedback control amount to be calculated accurately. Ensure the identification accuracy of.
【００２２】これにより、フィードバック制御再開時に
おいて、誤ったプラントモデル（プラントの状態）に基
づく制御ゲインの算出、フィードバック制御量の算出を
確実に防止できる。請求項７に係る発明によれば、空燃
比フィードバック制御再開時において、早期に収束させ
ることができ、適正な制御ゲインの算出、ひいては、適
正なフィードバック制御量の算出を早期に行うことがで
きる。This makes it possible to reliably prevent the calculation of the control gain and the feedback control amount based on the incorrect plant model (plant state) when the feedback control is restarted. According to the invention of claim 7, when the air-fuel ratio feedback control is restarted, it can be converged at an early stage, and an appropriate control gain, and thus an appropriate feedback control amount can be early calculated.
【００２３】請求項８に係る発明によれば、空燃比フィ
ードバック制御が再開された後において、応答遅れによ
って生じる前記フィードバック制御時とは全く異なるプ
ラントの状態予測を防止できるので、同定精度の悪化を
確実に防止できる。請求項９に係る発明によれば、逐次
最小二乗法（ＲＬＳ法）を用いることにより、プラント
の状態予測（プラントモデルの同定）を精度よく、か
つ、容易に行うことができる。According to the eighth aspect of the present invention, after the air-fuel ratio feedback control is restarted, it is possible to prevent the state prediction of the plant which is completely different from that at the time of the feedback control caused by the response delay, so that the identification accuracy is deteriorated. It can be surely prevented. According to the invention of claim 9, by using the recursive least squares method (RLS method), the plant state prediction (identification of the plant model) can be performed accurately and easily.
【００２４】請求項１０に係る発明によれば、プラント
の特性変動に伴ってフィードバック制御量の算出に用い
る最適制御ゲインが変動した場合であっても、適切な制
御ゲインを算出できる。請求項１１に係る発明によれ
ば、燃料カット又はオープンループ制御が行われた後
に、空燃比フィードバック制御が再開した場合であって
も、適正なフィードバック制御量によって燃料噴射制御
を行うことができる。According to the invention of claim 10, an appropriate control gain can be calculated even when the optimum control gain used for calculating the feedback control amount varies with the characteristic variation of the plant. According to the invention of claim 11, the fuel injection control can be performed with an appropriate feedback control amount even when the air-fuel ratio feedback control is restarted after the fuel cut or open loop control is performed.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す
機関（エンジン）のシステム図である。図１に示すよう
に、エンジン１の吸気通路２には、吸入空気量Ｑａを検
出するエアフローメータ３と吸入空気量Ｑａを制御する
スロットル弁４が設けられている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of an engine showing an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the intake passage 2 of the engine 1 is provided with an air flow meter 3 for detecting the intake air amount Qa and a throttle valve 4 for controlling the intake air amount Qa.
【００２６】また、吸気通路２に設けられた燃料噴射弁
５は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユ
ニット（Ｃ／Ｕ）６からの噴射信号により開弁駆動して
燃料を噴射供給する。各気筒には、燃焼室７内で火花点
火を行う点火栓８が設けられており、吸気バルブ９を介
して吸入された混合気を火花点火によって着火する。Further, the fuel injection valve 5 provided in the intake passage 2 is opened and driven by an injection signal from a control unit (C / U) 6 having a built-in microcomputer to inject fuel. A spark plug 8 for performing spark ignition in the combustion chamber 7 is provided in each cylinder, and the air-fuel mixture sucked through the intake valve 9 is ignited by spark ignition.
【００２７】燃焼排気は、排気バルブ１０を介して排気
通路１１に排出され、排気浄化装置１２を介して大気中
の排出される。前記排気通路１１には、排気中の酸素濃
度に応じて空燃比をリニアに検出する広域型の空燃比セ
ンサ１３が、前記排気浄化装置１２の上流側に設けられ
ている。The combustion exhaust gas is discharged to the exhaust passage 11 via the exhaust valve 10 and discharged to the atmosphere via the exhaust purification device 12. A wide-range air-fuel ratio sensor 13 that linearly detects the air-fuel ratio according to the oxygen concentration in the exhaust is provided in the exhaust passage 11 on the upstream side of the exhaust purification device 12.
【００２８】更に、エンジン１の所定のクランク角毎に
クランク角信号に出力するクランク角センサ１４やエン
ジン１の冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する
水温センサ１５が設けられている。前記コントロールユ
ニット（Ｃ／Ｕ）６は、以下のようにして前記燃料噴射
弁５を制御する。Further, a crank angle sensor 14 that outputs a crank angle signal for each predetermined crank angle of the engine 1 and a water temperature sensor 15 that detects the cooling water temperature Tw in the cooling jacket of the engine 1 are provided. The control unit (C / U) 6 controls the fuel injection valve 5 as follows.
【００２９】まず、吸入空気量Ｑａとクランク角センサ
１４からの信号に基づいて検出される機関回転速度Ｎｅ
からストイキ（λ＝１）相当の基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ
×Ｑａ×Ｎｅ（Ｋは定数）を演算する。次に、運転状態
に応じて、空燃比をフィードバック制御するかオープン
ループ制御するかを判断し、フィードバック制御する場
合には、前記基本燃料噴射量Ｔｐ、目標空燃比λｔ及び
空燃比センサ１３の検出信号に基づき算出した空燃比フ
ィードバック補正係数αを用いて、最終的な燃料噴射量
Ｔｉ＝Ｔｐ×（１／λｔ）×αを演算する。First, the engine speed Ne detected based on the intake air amount Qa and the signal from the crank angle sensor 14
To stoichiometric (λ = 1) equivalent basic fuel injection amount Tp = K
× Qa × Ne (K is a constant) is calculated. Next, it is determined whether the air-fuel ratio is to be feedback-controlled or open-loop controlled according to the operating state, and when the feedback control is performed, the basic fuel injection amount Tp, the target air-fuel ratio λt and the air-fuel ratio sensor 13 are detected. The final fuel injection amount Ti = Tp × (1 / λt) × α is calculated using the air-fuel ratio feedback correction coefficient α calculated based on the signal.
【００３０】オープンループ制御の場合は、前記空燃比
フィードバック補正係数αを１に固定（α＝１）して、
最終的な燃料噴射量Ｔｉ＝Ｔｐ×（１／λｔ）を演算す
る。そして、基本的には、前記最終的な燃料噴射量Ｔｉ
に対応する噴射信号を前記燃料噴射弁５に出力すること
になるが、運転状態に応じて燃料カットを行うと判断し
たときは、前記燃料噴射弁５には前記噴射信号が出力さ
れない。In the case of open loop control, the air-fuel ratio feedback correction coefficient α is fixed to 1 (α = 1),
The final fuel injection amount Ti = Tp × (1 / λt) is calculated. And, basically, the final fuel injection amount Ti
The fuel injection valve 5 outputs an injection signal corresponding to the fuel injection valve 5. However, when it is determined that the fuel cut is performed according to the operating state, the fuel injection valve 5 does not output the fuel injection signal.
【００３１】すなわち、オープンループ制御時及び燃料
カット時は、算出した空燃比フィードバック制御係数α
を用いた制御量（フィードバック制御量）が燃料噴射弁
５に出力されず、前記フィードバック制御量を用いた燃
料噴射制御が実行されないことになる。ここで、本実施
形態における燃料噴射制御について説明する。That is, during open loop control and fuel cut, the calculated air-fuel ratio feedback control coefficient α
Therefore, the control amount (feedback control amount) using (1) is not output to the fuel injection valve 5, and the fuel injection control using the feedback control amount is not executed. Here, the fuel injection control in the present embodiment will be described.
【００３２】図２に示すように、本実施形態における燃
料噴射制御部は、燃料噴射弁５への出力を判断する出力
判断部２１と、図中破線で示す空燃比フィードバック制
御部２２と、を含んで構成されている。前記出力判断部
２１は、運転状態に応じて空燃比フィードバック制御部
２２で算出されたフィードバック制御量を燃料噴射弁５
に出力するか否かを判断する。As shown in FIG. 2, the fuel injection control section in this embodiment includes an output determination section 21 for determining the output to the fuel injection valve 5 and an air-fuel ratio feedback control section 22 shown by a broken line in the figure. It is configured to include. The output determination unit 21 uses the feedback control amount calculated by the air-fuel ratio feedback control unit 22 according to the operating state as the fuel injection valve 5
It is determined whether to output to.
【００３３】具体的には、コントロールユニット（Ｃ／
Ｕ）６内で運転状態に応じた燃料噴射制御を決定し、か
かる決定、すなわち、フィードバック制御あるいはオー
プンループ制御により行うか、又は、燃料カットを行う
か、に基づいて、前記空燃比フィードバック制御部２２
で算出されたフィードバック制御量を燃料噴射弁５に出
力するか否かを判断する。Specifically, the control unit (C /
U) The fuel injection control according to the operating state is determined in 6 and the air-fuel ratio feedback control unit is based on the determination, that is, whether feedback control or open loop control is performed or fuel cut is performed. 22
It is determined whether or not the feedback control amount calculated in step 3 is output to the fuel injection valve 5.
【００３４】そして、オープンループ制御時又は燃料カ
ット時は、前記空燃比フィードバック制御部２２で算出
されたフィードバック制御量を燃料噴射弁５へ出力せ
ず、上述したように、α＝１として算出した制御量を出
力するか（オープンループ制御）又は制御量＝０とする
（燃料カット時）。前記空燃比フィードバック制御部２
２は、スライディングモード制御部（Ｓ／Ｍ制御部）２
２１と、むだ時間補償器２２２と、プラントモデル同定
部２２３と、制御ゲイン算出部２２４と、むだ時間算出
部２２５と、を含んで構成されている。At the time of open loop control or fuel cut, the feedback control amount calculated by the air-fuel ratio feedback control unit 22 is not output to the fuel injection valve 5, but is calculated as α = 1 as described above. Either output the control amount (open loop control) or set the control amount = 0 (at the time of fuel cut). Air-fuel ratio feedback control unit 2
2 is a sliding mode control unit (S / M control unit) 2
21, a dead time compensator 222, a plant model identification unit 223, a control gain calculation unit 224, and a dead time calculation unit 225.
【００３５】前記Ｓ／Ｍ制御部２２１は、目標空燃比λ
ｔと実空燃比λｔとの偏差に基づき、スライディングモ
ード制御により、前記空燃比フィードバック補正係数α
を算出し、プラント（燃料噴射弁５〜空燃比センサ１３
間）への制御量ｕ（ｔ）、すなわち、燃料噴射弁５のフ
ィードバック制御量を次式（１）のように算出する。The S / M control section 221 controls the target air-fuel ratio λ
Based on the deviation between t and the actual air-fuel ratio λt, the air-fuel ratio feedback correction coefficient α is set by the sliding mode control.
And the plant (fuel injection valve 5 to air-fuel ratio sensor 13
Control amount u (t), that is, the feedback control amount of the fuel injection valve 5 is calculated by the following equation (1).
【００３６】[0036]
【数１】 [Equation 1]
【００３７】但し、ｅ(ｔ)は、Ｓ／Ｍ制御部２２１への
入力（目標空燃比―実空燃比）、Ｋ Pは線形項線形ゲイ
ン、ＫDは線形項微分ゲイン、ＳPは切換関数線形ゲイ
ン、ＳDは切換関数微分ゲイン、ＫIは適応則ゲイン、Ｋ
Nは非線形ゲイン、σ(ｔ)は切換関数で、σ(ｔ) = Ｓp
ｅ(ｔ)＋ＳDｅ(ｔ)である。なお、上記各制御ゲイン
は、後述する制御ゲイン算出部２２４で算出される。However, e (t) is sent to the S / M control unit 221.
Input (target air-fuel ratio-actual air-fuel ratio), K PIs a linear term linear gay
N, KDIs the linear term derivative gain, SPIs the switching function linear gay
N, SDIs the switching function derivative gain, KIIs the adaptive law gain, K
NIs a nonlinear gain, σ (t) is a switching function, and σ (t) = Sp
e (t) + SDe (t). Note that each of the above control gains
Is calculated by the control gain calculation unit 224 described later.
【００３８】但し、前記オープンループ制御時や燃料カ
ット時は、Ｓ／Ｍ制御部２２１によるフィードバック制
御量の算出を禁止するものとし、オープンループ制御時
であることや燃料カット時であることは、例えば、燃料
噴射弁５の駆動信号やフラグ（燃料カットフラグ）を確
認することで行う。このようにフィードバック制御量の
算出を禁止するのは、フィードバック制御を行わない
（すなわち、Ｓ／Ｍ制御部２２１で算出したフィードバ
ック制御量を燃料噴射弁５に出力しない）オープンルー
プ制御時や燃料カット時においても、前記フィードバッ
ク制御量の算出を継続すると、スライディングモード制
御における積分項（エラー量＝目標空燃比−実空燃比に
基づき算出される）が増大し、その後、フィードバック
制御を再開したときに、適正な燃料噴射制御ができなく
なるからである。However, at the time of the open loop control or the fuel cut, the calculation of the feedback control amount by the S / M control section 221 is prohibited, and it means that the open loop control or the fuel cut is performed. For example, it is performed by checking the drive signal of the fuel injection valve 5 and a flag (fuel cut flag). In this way, prohibiting the calculation of the feedback control amount is performed during open loop control or when fuel cut is not performed (that is, the feedback control amount calculated by the S / M control unit 221 is not output to the fuel injection valve 5). Even when the calculation of the feedback control amount is continued, the integral term in the sliding mode control (error amount = calculated based on the target air-fuel ratio-actual air-fuel ratio) increases, and then when the feedback control is restarted. This is because proper fuel injection control cannot be performed.
【００３９】そして、オープンループ制御や燃料カット
が終了した後は、フィードバック制御（すなわち、前記
Ｓ／Ｍ制御部２２１よるフィードバック制御量の算出）
が再開されることになるが、本実施形態においては、再
開時のスライディングモード制御の積分項に、運転状態
に応じてあらかじめ設定された初期値を設定するように
している。After the open loop control and the fuel cut are completed, the feedback control (that is, the calculation of the feedback control amount by the S / M control section 221) is performed.
However, in the present embodiment, the integral value of the sliding mode control at the time of restart is set to a preset initial value according to the operating state.
【００４０】このように、前記フィードバック制御の再
開時に、スライディングモード制御における積分項を、
運転状態に応じた初期値によってリセットすることで、
フィードバック制御再開後、直ちに適正なフィードバッ
ク制御量を燃料噴射弁５に出力できる。また、フィード
バック制御再開後における応答遅れを考慮して、前記初
期値を、フィードバック制御再開後の所定期間のあいだ
保持するようにしてもよい。As described above, when the feedback control is restarted, the integral term in the sliding mode control is
By resetting with the initial value according to the operating state,
Immediately after the feedback control is restarted, an appropriate feedback control amount can be output to the fuel injection valve 5. Further, in consideration of the response delay after the feedback control is restarted, the initial value may be held for a predetermined period after the feedback control is restarted.
【００４１】これにより、前記応答遅れの間において
も、前記積分項の算出が行われないので、より適正なフ
ィードバック制御量を燃料噴射弁５に出力できる。な
お、オープンループ制御を行うことが、前記フィードバ
ック制御量の算出を行わないこと（すなわち、禁止する
こと）を意味するものと考えることもできるが、この場
合においても、フィードバック制御再開時において、ス
ライディングモード制御の積分項に、運転状態に応じて
あらかじめ設定された初期値を設定し、これを所定期間
のあいだ保持することで、フィードバック制御再開後の
適正な燃料噴射制御を確保できる。As a result, since the integral term is not calculated even during the response delay, a more appropriate feedback control amount can be output to the fuel injection valve 5. It should be noted that performing open-loop control can be considered to mean not performing (that is, prohibiting) the calculation of the feedback control amount, but even in this case, sliding is performed when feedback control is restarted. By setting an initial value set in advance in accordance with the operating state in the integral term of the mode control and holding it for a predetermined period, it is possible to ensure proper fuel injection control after the feedback control is restarted.
【００４２】前記むだ時間補償器２２２は、スミス法に
よるむだ時間補償制御を実行するのものであり、局所フ
ィードバックを行うことにより、プラントに含まれるむ
だ時間（すなわち、検出した空燃比の位相遅れ）の影響
を補償する。具体的には、図３に示すように、前記むだ
時間補償器２２２は、むだ時間を含まないプラントモデ
ル３１と、むだ時間を含むプラントモデル３２と、減算
部３３と、を含んで構成されており、前記むだ時間要素
を含まないプラントモデル３１で算出される出力（空燃
比）予測と、前記むだ時間を含むプラントモデル３２で
算出される実出力（実空燃比）予測との偏差ｅ２を算出
し、これを前記Ｓ／Ｍ制御部２１の入力側に出力する。The dead time compensator 222 executes dead time compensation control by the Smith method, and by performing local feedback, the dead time (that is, the phase lag of the detected air-fuel ratio). To compensate for the effects of. Specifically, as shown in FIG. 3, the dead time compensator 222 is configured to include a plant model 31 that does not include dead time, a plant model 32 that includes dead time, and a subtraction unit 33. And a deviation e2 between the output (air-fuel ratio) prediction calculated by the plant model 31 not including the dead time element and the actual output (actual air-fuel ratio) prediction calculated by the plant model 32 including the dead time is calculated. Then, this is output to the input side of the S / M control unit 21.
【００４３】そして、目標空燃比λｔと実空燃比λｒの
偏差ｅ１から、前記むだ時間補償器２２の出力ｅ２を減
算してｅ３を算出し、該ｅ３を前記Ｓ／Ｍ制御部２２１
に入力するようにしている。なお、前記プラントモデル
は、後述するプラントモデル同定部２２３で同定したも
のであり、前記むだ時間は、後述するむだ時間算出部２
２５で算出したものである。Then, the output e2 of the dead time compensator 22 is subtracted from the deviation e1 between the target air-fuel ratio λt and the actual air-fuel ratio λr to calculate e3, and this e3 is calculated by the S / M control section 221.
I am trying to type in. The plant model is identified by a plant model identification unit 223 described later, and the dead time is the dead time calculation unit 2 described later.
It was calculated in 25.
【００４４】前記プラントモデル同定部２２３は、前記
プラントを伝達関数で表したプラントモデルを、燃料噴
射量（燃料噴射信号）及び実空燃比（出力）に基づきオ
ンラインで同定する。具体的には、逐次最小二乗法（Ｒ
ＬＳ法）を用いてプラントモデルのパラメータの逐次推
定を行う。前記制御ゲイン算出部２２４は、前記Ｓ／Ｍ
制御部２２１の制御ゲインを、前記プラントモデル同定
部２２３で同定したプラントモデルのパラメータ（推定
パラメータ）を用いて算出する。The plant model identification unit 223 identifies a plant model representing the plant by a transfer function on-line based on the fuel injection amount (fuel injection signal) and the actual air-fuel ratio (output). Specifically, the recursive least squares method (R
(LS method) is used to sequentially estimate the parameters of the plant model. The control gain calculator 224 is configured to control the S / M.
The control gain of the control unit 221 is calculated using the parameters (estimation parameters) of the plant model identified by the plant model identification unit 223.
【００４５】具体的には、極配置法によるセルフチュー
ニングコントロールを用いて、システム全体（すなわ
ち、プラント（燃料噴射弁５〜空燃比センサ１３間）＋
Ｓ／Ｍ制御部２２１＋むだ時間補償器２２２）を閉ルー
プ伝達関数で表し、その極が応答性、行き過ぎ量、整定
時間等の点から望ましい極と一致するようＳ／Ｍ制御部
２２１の制御ゲインを算出する（詳細は後述する）。Specifically, the entire system (that is, the plant (between the fuel injection valve 5 and the air-fuel ratio sensor 13)) +
The S / M control unit 221 + dead time compensator 222) is represented by a closed loop transfer function, and the control gain of the S / M control unit 221 is set so that its pole coincides with a desired pole in terms of responsiveness, overshoot amount, settling time, and the like. Calculate (details will be described later).
【００４６】前記むだ時間算出部２２５は、プラントに
含まれるむだ時間kを算出する。かかるむだ時間kの算出
は、例えば、図４に示すように、吸入空気量Ｑａとむだ
時間kと関係をあらかじめテーブル化しておき、検出し
た吸入空気量Ｑａに基づくテーブル検索により行う。こ
こで、前記制御ゲイン算出部２２４で行われる制御ゲイ
ンの算出について詳細に説明する。The dead time calculator 225 calculates the dead time k included in the plant. The calculation of the dead time k is performed by, for example, as shown in FIG. 4, forming a table of the relationship between the intake air amount Qa and the dead time k in advance and performing a table search based on the detected intake air amount Qa. Here, the calculation of the control gain performed by the control gain calculator 224 will be described in detail.
【００４７】極配置法によるセルフチューニングコント
ロールを用いた制御ゲイン算出は、以下のようにして行
う。まず、プラントを伝達関数で表すプラントモデルＧ
P（ｚ-1）を設定し、その後、Ｓ／Ｍ制御部２２１の伝
達関数ＧC（ｚ-1）及びむだ時間補償器２２の伝達関数
ＧL（ｚ-1）を求める。The control gain calculation using the self tuning control by the pole placement method is performed as follows. First, a plant model G that represents a plant by a transfer function
After setting P (z -1 ), the transfer function G C (z -1 ) of the S / M control unit 221 and the transfer function G L (z -1 ) of the dead time compensator 22 are obtained.
【００４８】そして、これらの伝達関数からシステム全
体の閉ループ伝達関数Ｗ（ｚ-1）を算出し、その極が設
定した極となるように制御ゲインを算出する。
（Ａ）プラントモデルの設定について
燃料噴射弁５と空燃比センサ１３との間のプラントを、
前記むだ時間算出部２２５で算出したむだ時間ｋ（≧
１）を用いて、例えば、次式（２）、（３）のように二
次のＡＲＸモデルＡ(ｚ-1)で表す。Then, the closed loop transfer function W (z -1 ) of the entire system is calculated from these transfer functions, and the control gain is calculated so that the pole becomes the set pole. (A) About setting of plant model The plant between the fuel injection valve 5 and the air-fuel ratio sensor 13 is
Dead time k calculated by the dead time calculation unit 225 (≧
Using 1), for example, it is represented by a quadratic ARX model A (z −1 ) as in the following equations (2) and (3).
【００４９】
Ａ(ｚ-1)ｙ(ｔ)＝ｚ-kｂ0ｕ(ｔ)＋ε(ｔ) …（２）
Ａ(ｚ-1)＝１＋ａ1ｚ-1＋ａ2ｚ-2 …（３）
但し、ｙ(ｔ)は、プラント出力（すなわち、実空燃
比）、ｕ(ｔ)は、プラント入力値（すなわち、燃料噴射
量）、ε(ｔ)は、不規則雑音である。すると、プラント
モデルの伝達関数ＧP(ｚ-1)は、次式（４）のように表
すことができる。A (z −1 ) y (t) = z −k b 0 u (t) + ε (t) (2) A (z −1 ) = 1 + a 1 z −1 + a 2 z −2 (( 3) where y (t) is the plant output (that is, the actual air-fuel ratio), u (t) is the plant input value (that is, the fuel injection amount), and ε (t) is the random noise. Then, the transfer function G P (z −1 ) of the plant model can be expressed by the following equation (4).
【００５０】
ＧP(ｚ-1)＝ｚ-kｂ0／Ａ(ｚ-1) …（４）
なお、推定パラメータベクトルθ(ｔ)及びデータベクト
ルψ(ｔ-ｋ)は、下記（５）、（６）式のように表すこ
とができる。
θ(ｔ)＝〔ａ1(ｔ)，ａ2(ｔ)，ｂ0(ｔ)〕T … （５）
ψ(ｔ-ｋ)＝〔-ｙ(ｔ-１)，-ｙ(ｔ-２)、ｕ(ｔ-ｋ)〕T … （６）
（Ｂ）プラントモデルの同定（パラメータ推定）につい
て
設定したプラントモデルは、前記プラントモデル同定部
２２３で同定される。G P (z −1 ) = z −k b 0 / A (z −1 ) ... (4) The estimated parameter vector θ (t) and the data vector ψ (t−k) are as follows (5 ) And (6). θ (t) = [a 1 (t), a 2 (t), b 0 (t)] T (5) ψ (t-k) = [-y (t-1), -y (t- 2), u (tk)] T (6) (B) The plant model set for identification (parameter estimation) of the plant model is identified by the plant model identification unit 223.
【００５１】具体的には、プラントの特性は、運転状
態、プラント自体の劣化度合い等のプラント特性により
変化するので、式（５）に示すパラメータａ1(ｔ)、ａ2
(ｔ)、ｂ0(ｔ)を逐次推定することでプラントモデルを
同定する（すなわち、オンライン同定する）。なお、本
実施形態においては、前記パラメータの推定に最小二乗
法（ＲＬＳ法）を用いており、実値と推定値の誤差の二
乗が最も小さくなるパラメータを逐次算出している。Specifically, since the plant characteristics change depending on the plant characteristics such as the operating state and the degree of deterioration of the plant itself, the parameters a 1 (t) and a 2 shown in the equation (5) are used.
The plant model is identified by sequentially estimating (t) and b 0 (t) (that is, online identification is performed). In the present embodiment, the least squares method (RLS method) is used to estimate the parameters, and the parameter that minimizes the square of the error between the actual value and the estimated value is sequentially calculated.
【００５２】具体的な演算式は、一般の重みつき逐次最
小二乗法（ＲＬＳ法）と同一のものであり、時間更新
式：ｔ＝１、２、…、Ｎに対して、次式（７）〜（９）
を計算することにより行う。The specific arithmetic expression is the same as the general weighted recursive least squares method (RLS method). For the time update expression: t = 1, 2, ..., N, the following expression (7) ) ~ (9)
By calculating.
【００５３】[0053]
【数２】 [Equation 2]
【００５４】そして、かかるパラメータ推定式（７）〜
（９）を用いてパラメータａ1(ｔ)、ａ2(ｔ)、ｂ0(ｔ)
を逐次推定することで、プラントモデルを同定する。な
お、前記忘却係数λ1、λ2は、忘却要素なしの場合には
前記忘却係数λ1＝λ2＝１とし、忘却要素つきの場合に
はλ1＝０.９８、λ2＝１とした。また、本実施形態に
おいては、前記パラメータ推定値の初期値θ０を、運転
状態の応じてあらかじめ設定した初期値（例えば、ａ
1(０)＝Ａ１、ａ2(０)＝Ａ２、ｂ0(０)＝Ｂ１）を設定
することで、収束までの時間の短縮化を図っている。Then, the parameter estimation formulas (7)-
The parameters a 1 (t), a 2 (t) and b 0 (t) are calculated using (9).
The plant model is identified by sequentially estimating. The forgetting factors λ 1 and λ 2 are the forgetting factors λ 1 = λ 2 = 1 when there is no forgetting element, and λ 1 = 0.98 and λ 2 = 1 when the forgetting element is included. . In the present embodiment, the initial value θ0 of the parameter estimated value is set to an initial value (for example, a
By setting 1 (0) = A1, a 2 (0) = A2, and b 0 (0) = B1), the time until convergence is shortened.
【００５５】但し、前記オープンループ制御時及び燃料
カット時は、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１によるフィードバ
ック制御量の算出を禁止するのと同様に、プラントモデ
ルの同定（パラメータ推定）を禁止するようにする。す
なわち、フィードバック制御時においては、前記Ｓ／Ｍ
制御部２２１で算出したフィードバック制御量によって
燃料噴射制御を行っていたが、オープンループ制御時や
燃料カット時は、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１で算出したフ
ィードバック制御量とは異なる値が燃料噴射弁５に出力
されることになるため、フィードバック制御時とは全く
異なるプラントの状態予測（プラントモデルの同定）が
行われることになる。これでは、フィードバック制御量
を算出するためにプラントの状態予測を行う意味がな
く、従って、正しい同定結果が得られない（プラントモ
デルの同定精度が悪化する）。However, at the time of the open loop control and the fuel cut, the identification of the plant model (parameter estimation) is prohibited in the same manner as the calculation of the feedback control amount by the S / M control unit 221 is prohibited. To do. That is, during feedback control, the S / M
Although the fuel injection control is performed by the feedback control amount calculated by the control unit 221, a value different from the feedback control amount calculated by the S / M control unit 221 is different during the open loop control or the fuel cut. 5, the plant state prediction (identification of the plant model) is performed, which is completely different from the feedback control. In this case, it is meaningless to predict the state of the plant in order to calculate the feedback control amount, and therefore a correct identification result cannot be obtained (the identification accuracy of the plant model deteriorates).
【００５６】かかる同定精度（パラメータ推定精度）の
悪化を防止するため、フィードバック制御時以外は、プ
ラントモデルの同定を禁止するのである。この場合、前
記制御ゲイン算出部２２４による制御ゲインの算出も正
しく算出されないので、制御ゲインの算出についても禁
止するよう構成にしてもよい。なお、フィードバック制
御が再開されたときは、前記プラントモデルの同定も再
開されることになるが（制御ゲインの算出を禁止した場
合は、制御ゲインの算出も再開される）、同定再開時に
おいては、前記プラントモデルのパラメータとして、前
記運転状態に応じてあらかじめ設定した初期値θ０（Ａ
１、Ａ２、Ｂ１）を用いるようにする。In order to prevent such deterioration of identification accuracy (parameter estimation accuracy), identification of the plant model is prohibited except during feedback control. In this case, the control gain calculation unit 224 does not correctly calculate the control gain, so that the control gain calculation may be prohibited. When the feedback control is restarted, the identification of the plant model is also restarted (when the calculation of the control gain is prohibited, the calculation of the control gain is also restarted). , The initial value θ0 (A
1, A2, B1) are used.
【００５７】このように、同定禁止の直前で用いたパラ
メータ値を、前記初期値θ０（Ａ１、Ａ２、Ｂ１）でリ
セットすることで、同定禁止前後のプラント特性の変化
を考慮することなく、再開後の同定精度を高く維持でき
ると共に、収束時間の短縮も図れる。更に、同定再開後
の所定期間のあいだ、設定した初期値（パラメータＡ
１、Ａ２、Ｂ１）を保持するようにする。As described above, by resetting the parameter value used immediately before the identification prohibition with the initial value θ0 (A1, A2, B1), the parameter value is restarted without considering the change in the plant characteristics before and after the identification prohibition. The subsequent identification accuracy can be maintained high and the convergence time can be shortened. Further, during the predetermined period after the identification is restarted, the set initial value (parameter A
1, A2, B1) are retained.
【００５８】これは、応答遅れにより再開直後のみだけ
でなく、再開直後の所定期間のあいだは、Ｓ／Ｍ制御部
２２１で算出したフィードバック制御量に対応した空燃
比を検出できないため、フィードバック制御時以外の場
合と同様に、正しい同定結果が得られないからである。
（Ｃ）Ｓ／Ｍ制御部２２１の離散時間伝達関数の算出に
ついて
Ｓ／Ｍ制御部２２１を、以下のようにして伝達関数化す
る。This is because the air-fuel ratio corresponding to the feedback control amount calculated by the S / M control unit 221 cannot be detected not only immediately after the restart due to the response delay but also during the predetermined period immediately after the restart. This is because the correct identification result cannot be obtained as in the cases other than. (C) Calculation of discrete-time transfer function of S / M control unit 221 The S / M control unit 221 is converted into a transfer function as follows.
【００５９】ｙ(ｔ)をプラント出力値（実空燃比λ
ｒ）、ω(ｔ)を目標値（目標空燃比λｔ）とし、ｅ(ｔ)
＝ω(ｔ)−ｙ(ｔ)とすると、１サンプルにおけるプラン
ト入力（すなわち、Ｓ／Ｍ制御部２２１からの出力）ｕ
(ｔ)の差分Δｕ(ｔ)は、次式（１０）で与えられる。Y (t) is the plant output value (actual air-fuel ratio λ
r) and ω (t) are set as target values (target air-fuel ratio λt), and e (t)
= Ω (t) -y (t), the plant input (that is, the output from the S / M control unit 221) in one sample u
The difference Δu (t) of (t) is given by the following equation (10).
【００６０】[0060]
【数３】 [Equation 3]
【００６１】ここで、ｅ(ｔ)＝ω(ｔ)−ｙ(ｔ)、ｅ(ｔ)
−ｅ(ｔ−１)＝Δｅ(ｔ)であるから、式（１０）より次
式（１１）が得られる。Here, e (t) = ω (t) -y (t), e (t)
Since −e (t−1) = Δe (t), the following equation (11) is obtained from the equation (10).
【００６２】[0062]
【数４】 [Equation 4]
【００６３】但し、Ｋ(ｚ-1)は次式（１２）で表される
ものであり、式（１３）のように展開して各制御ゲイン
に基づいて算出する。However, K (z -1 ) is expressed by the following equation (12), and is expanded based on the equation (13) and calculated based on each control gain.
【００６４】[0064]
【数５】 [Equation 5]
【００６５】従って、式（１２）よりプラント入力ｕ
(ｔ)は、次式（１４）で表される。Therefore, from the equation (12), the plant input u
(t) is expressed by the following equation (14).
【００６６】[0066]
【数６】 [Equation 6]
【００６７】ここで、非線形項を含めないものとして取
り扱うことにすると、Ｓ／Ｍ制御部２２１の離散時間伝
達関数ＧC(z-1)は、次式（１５）のように表すことがで
きる。
ＧC(z-1) = Ｋ(z-1)／(1-z-1) …（１５）
（Ｄ）前記むだ時間補償器２２２の離散時間伝達関数の
算出について
上述したように、むだ時間補償器２２２は、むだ時間後
の出力予測を行いつつむだ時間要素の影響を補償するス
ミス法を用いるので、むだ時間補償器２２２の離散時間
伝達関数ＧL(ｚ-1)は、次式（１６）のように算出でき
る。If the non-linear term is not included, the discrete-time transfer function G C (z -1 ) of the S / M control unit 221 can be expressed by the following equation (15). . G C (z -1 ) = K (z -1 ) / (1-z -1 ) ... (15) (D) As described above for calculating the discrete time transfer function of the dead time compensator 222, the dead time is calculated. Since the compensator 222 uses the Smith method for compensating the influence of the dead time element while performing the output prediction after the dead time, the discrete time transfer function G L (z −1 ) of the dead time compensator 222 is represented by the following equation ( It can be calculated as in 16).
【００６８】
ＧL(ｚ-1)＝ｚ-1ｂ0／Ａ(ｚ-1)− ｚ-kｂ0／Ａ(ｚ-1)
＝ (ｚ-1−ｚ-k)ｂ0／Ａ(ｚ-1) …（１６）
なお、ｚ-1ｂ0／Ａ(ｚ-1)は、前記プラントモデルを用
いて表したむだ時間がない場合の出力予測であり、ｚ-k
ｂ0／Ａ(ｚ-1)は、同じく前記プラントモデルを用いて
表したむだ時間を含む実出力予測である。G L (z −1 ) = z −1 b 0 / A (z −1 ) − z −k b 0 / A (z −1 ) = (z −1 −z −k ) b 0 / A (z −1 ) ... (16) Note that z −1 b 0 / A (z −1 ) is an output prediction when there is no dead time expressed using the plant model, and z −k
b 0 / A (z −1 ) is an actual output prediction including the dead time similarly expressed using the plant model.
【００６９】以上のようにして算出した各伝達関数（プ
ラントモデル、Ｓ／Ｍ制御部２１、むだ時間補償器）を
用いたブロック図を図５に示す。次に、システム全体の
閉ループ伝達関数化について説明する。なお、上述した
ようにＳ／Ｍ制御部２２１の非線形項は含めないものと
する。
（Ｅ）システム全体の閉ループ伝達関数Ｗ(ｚ-1)の算出
について
まず、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１とむだ時間補償器２２２
のフィードバックループを取り出し、目標（目標空燃比
λｔ）から出力（フィードバック制御量）への１つの伝
達関数を算出する。図５において、Ｓ／Ｍ制御部２２１
とむだ時間補償器２２とを含む局所ループの伝達関数Ｇ
CL(ｚ-1)は、式（１５）、（１６）より次式（１７）の
ように算出できる。FIG. 5 shows a block diagram using each transfer function (plant model, S / M control unit 21, dead time compensator) calculated as described above. Next, the closed-loop transfer function conversion of the entire system will be described. Note that the nonlinear term of the S / M control unit 221 is not included as described above. (E) Calculation of Closed Loop Transfer Function W (z -1 ) of Entire System First, the S / M control unit 221 and the dead time compensator 222 are described.
Is taken out, and one transfer function from the target (target air-fuel ratio λt) to the output (feedback control amount) is calculated. In FIG. 5, the S / M control unit 221
Transfer function G of local loop including dead time compensator 22
CL (z −1 ) can be calculated from the equations (15) and (16) as in the following equation (17).
【００７０】[0070]
【数７】 [Equation 7]
【００７１】従って、プラント及び式（１７）に示す局
所ループを含めたシステム全体の閉ループ伝達関数Ｗ
(ｚ-1)は、次式（１８）のように算出できる。Therefore, the closed loop transfer function W of the entire system including the plant and the local loop shown in equation (17)
(z −1 ) can be calculated by the following equation (18).
【００７２】[0072]
【数８】 [Equation 8]
【００７３】以上の算出結果を示したものが図６のブロ
ック図である。
（Ｆ）極配置法による前記Ｓ／Ｍ制御部２２１の制御ゲ
インの算出について
前記閉ループ伝達関数Ｗ(ｚ-1)の特性多項式は、式（１
８）より、(１−ｚ-1)Ａ(ｚ-1) +ｚ-1ｂ0Ｋ(ｚ-1)であ
り、これを次式（１９）のようにおく。FIG. 6 is a block diagram showing the above calculation results. (F) Calculation of the control gain of the S / M control unit 221 by the pole placement method The characteristic polynomial of the closed loop transfer function W (z −1 ) is expressed by the equation (1)
From (8), it is (1-z -1 ) A (z -1 ) + z -1 b 0 K (z -1 ), which is set as the following expression (19).
【００７４】[0074]
【数９】 [Equation 9]
【００７５】このとき、応答性、行き過ぎ量、整定時間
等の点から望ましい極となるようなＴ(ｚ-1)を設定する
ことで、Ｓ／Ｍ制御部２２１の制御ゲインを以下のよう
にして算出する。式（１９）より、次式（２０）が得ら
れる。At this time, the control gain of the S / M control section 221 is set as follows by setting T (z -1 ) which is a desirable pole in terms of responsiveness, overshoot, settling time, etc. To calculate. The following equation (20) is obtained from the equation (19).
【００７６】[0076]
【数１０】 [Equation 10]
【００７７】ここで、式（１３）より、Ｋ(ｚ-1)= (ＫP
＋ＫI・ＳP＋ＫI・ＳD＋ＫD)−(ＫP＋ＫI・ＳD＋２ＫD)
ｚ-1＋ＫDｚ-2であるので、切換関数線形ゲインＳP及び
切換関数微分ゲインＳDを１に設定し、線形項線形ゲイ
ンＫP、適応則ゲインＫI、線形項微分ゲインＫDを可変
パラメータとすれば、次式（２１）によう表すことがで
きるから、From the equation (13), K (z −1 ) = (K P
＋ K I・ S P ＋ K I・ S D + K D )-(K P ＋ K I・ S D ＋ 2K D )
Since z −1 + K D z −2 , the switching function linear gain S P and the switching function differential gain S D are set to 1, and the linear term linear gain K P , the adaptive law gain K I , and the linear term differential gain K D are set. If is a variable parameter, it can be expressed by the following equation (21).
【００７８】[0078]
【数１１】 [Equation 11]
【００７９】となり、次式（２２）〜（２４）を得る。Then, the following equations (22) to (24) are obtained.
【００８０】[0080]
【数１２】 [Equation 12]
【００８１】従って、式（２２）〜（２４）をＫP、
ＫI、ＫDについて解き、ａ1、ａ2、ｂ0を、それぞれプ
ラントモデル同定部２２３で逐次推定した推定パラメー
タａ1(t)、ａ2(t)、ｂ0(t)で表すことにより、各ゲイン
は次式（２５）〜（２７）のように算出できる。Therefore, equations (22) to (24) are converted into K P ,
Solve for K I and K D , and represent a 1 , a 2 , and b 0 by estimation parameters a 1 (t), a 2 (t), and b 0 (t) that are sequentially estimated by the plant model identification unit 223, respectively. Thus, each gain can be calculated as in the following equations (25) to (27).
【００８２】[0082]
【数１３】 [Equation 13]
【００８３】なお、前記特性多項式Ｔ(ｚ-1)＝１＋ｔ1
ｚ-1＋ｔ2ｚ-2としては、例えば、減衰ζ＝０.７、固有
角周波数ω＝３０としたときの二次系の連続時間システ
ム、
Ｇ(ｓ)＝ω2 ／ (ｓ2＋２ζω・ｓ＋ω2)
をサンプル時間Ｔiで離散化したときの伝達関数の分母
を用いることが考えられる。The characteristic polynomial T (z -1 ) = 1 + t 1
z −1 + t 2 z −2 is, for example, a quadratic continuous-time system when damping ζ = 0.7 and natural angular frequency ω = 30, G (s) = ω 2 / (s 2 + 2ζω It is conceivable to use the denominator of the transfer function when s + ω 2 ) is discretized at the sample time T i .
【００８４】そして、このように算出した制御ゲインを
用いて、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１は、プラントへの制御
量を算出する（式（１３）参照）。以上のように、パラ
メータを逐次推定したプラントモデルを用いてシステム
全体を１つの伝達関数で表し、その極が応答性、行き過
ぎ量、整定時間等の点から望ましい極と一致するよう
に、プラントへのフィードバック制御量を算出するＳ／
Ｍ制御部２２１の制御ゲインを求めるので、プラントの
特性変化に対応した良好な制御ゲインが算出でき、ひい
ては、精度のよい空燃比フィードバック制御が実行でき
る。Then, using the control gain calculated in this way, the S / M control section 221 calculates the control amount for the plant (see equation (13)). As described above, the entire system is represented by one transfer function using the plant model in which the parameters are sequentially estimated, and the plant is arranged so that its poles coincide with desirable poles in terms of response, overshoot, settling time, etc. Calculate the feedback control amount of S /
Since the control gain of the M control unit 221 is obtained, it is possible to calculate a good control gain corresponding to the change in the characteristics of the plant, and it is possible to execute accurate air-fuel ratio feedback control.
【００８５】また、上述したように、オープンループ制
御時及び燃料カット時においては、前記Ｓ／Ｍ制御部２
２１によるフィードバック制御量の算出を禁止すると共
に、前記プラントモデル同定部２２３によるパラメータ
の推定を禁止するので、誤った結果の算出をあらかじめ
防止し、フィードバック制御再開時においても適正な燃
料噴射制御を実行でき、空燃比を精度よく制御できる。Further, as described above, at the time of open loop control and fuel cut, the S / M control unit 2 is operated.
The calculation of the feedback control amount by the control unit 21 is prohibited, and the estimation of the parameter by the plant model identification unit 223 is prohibited. Therefore, the calculation of an incorrect result is prevented in advance, and the proper fuel injection control is executed even when the feedback control is restarted. Therefore, the air-fuel ratio can be controlled accurately.
【００８６】なお、以上は、スライディングモード制御
によりフィードバック制御量を算出するものについて説
明したが、これに限定されるものではない。In the above description, the feedback control amount is calculated by the sliding mode control, but the present invention is not limited to this.
【図１】本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステム
図。FIG. 1 is a system diagram of an internal combustion engine showing an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の空燃比制御を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing air-fuel ratio control of the present invention.
【図３】本発明で用いるむだ時間補償制御を示すブロッ
ク図。FIG. 3 is a block diagram showing dead time compensation control used in the present invention.
【図４】本発明で用いるむだ時間算出用のテーブルを示
す図。FIG. 4 is a diagram showing a dead time calculation table used in the present invention.
【図５】本発明におけるＳ／Ｍ制御部２２１及びむだ時
間補償器２２２を伝達関数で表したブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing a transfer function of an S / M control unit 221 and a dead time compensator 222 according to the present invention.
【図６】本発明におけるセルフチューニングコントロー
ルを用いたスライディングモード制御による空燃比フィ
ードバック制御全体を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing the entire air-fuel ratio feedback control by sliding mode control using self-tuning control according to the present invention.
１ エンジン ２ 吸気通路 ３ エアフローメータ ４ スロットル弁 ５ 燃料噴射弁 ６ コントロールユニット（Ｃ／Ｕ） ８ 点火プラグ １１ 排気通路 １３ Ａ／Ｆセンサ １４ クランク角センサ １５ 水温センサ 1 engine 2 Intake passage 3 Air flow meter 4 Throttle valve 5 Fuel injection valve 6 Control unit (C / U) 8 spark plugs 11 exhaust passage 13 A / F sensor 14 Crank angle sensor 15 Water temperature sensor
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 BA09 BA13 DA04 EB15 EB16 EC01 EC03 FA05 FA07 FA10 FA26 FA29 3G301 JA11 MA01 MA11 NA09 ND05 ND14 ND15 ND16 ND45 PA01Z PA11Z PD02A PF01Z Continued front page F term (reference) 3G084 BA09 BA13 DA04 EB15 EB16 EC01 EC03 FA05 FA07 FA10 FA26 FA29 3G301 JA11 MA01 MA11 NA09 ND05 ND14 ND15 ND16 ND45 PA01Z PA11Z PD02A PF01Z
Claims (11)
検出した実際の空燃比が運転状態に応じて設定された目
標空燃比となるようにフィードバック制御する内燃機関
の空燃比制御装置であって、 燃料噴射量と検出した実際の空燃比とに基づいて、燃料
噴射手段から空燃比検出手段の間のプラントを伝達関数
で表したプラントモデルのパラメータを推定する同定手
段と、 推定したプラントモデルのパラメータを用いて、燃料噴
射量のフィードバック制御量を算出するための制御ゲイ
ンを算出する制御ゲイン算出手段と、 算出された制御ゲインを用いて前記フィードバック制御
量を算出する制御量算出手段と、 該制御量算出手段の算出したフィードバック制御量を用
いた燃料噴射制御が実行されない所定の運転状態では、
前記制御量算出手段によるフィードバック制御量の算出
を禁止する禁止手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。1. An air-fuel ratio detecting means for detecting an air-fuel ratio,
An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, which performs feedback control so that the detected actual air-fuel ratio becomes a target air-fuel ratio set according to the operating state, based on the fuel injection amount and the detected actual air-fuel ratio. The feedback control amount of the fuel injection amount is calculated by using the identification means that estimates the parameters of the plant model that represents the plant between the fuel injection means and the air-fuel ratio detection means by the transfer function, and the estimated parameters of the plant model. Control gain calculation means for calculating a control gain for controlling the control gain, control amount calculation means for calculating the feedback control amount using the calculated control gain, and fuel injection using the feedback control amount calculated by the control amount calculation means In certain operating conditions where control is not performed,
An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, comprising: a prohibition unit that prohibits the calculation of the feedback control amount by the control amount calculation unit.
ルを用いてプラントに含まれるむだ時間の影響を排除す
るむだ時間補償手段を備えることを特徴とする請求項１
記載の内燃機関の空燃比制御装置。2. The control amount calculating means comprises dead time compensating means for eliminating the influence of dead time included in the plant by using the plant model.
An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine as described.
ク制御量の算出が禁止された後、フィードバック制御量
の算出を再開するときに、運転状態に応じてあらかじめ
設定された初期値を積分項に設定することを特徴とする
請求項１又は請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装
置。3. The control amount calculation means uses an initial value preset according to the operating condition as an integral term when restarting the calculation of the feedback control amount after the calculation of the feedback control amount is prohibited. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the setting is performed.
ク制御量の算出を再開した後、所定期間のあいだ、設定
した初期値を保持することを特徴とする請求項３記載の
内燃機関の空燃比制御装置。4. The air-fuel ratio of an internal combustion engine according to claim 3, wherein the control amount calculating means holds the set initial value for a predetermined period after restarting the calculation of the feedback control amount. Control device.
ード制御により前記フィードバック制御量を算出するこ
とを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに
記載の内燃機関の空燃比制御装置。5. The air-fuel ratio control system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control amount calculation means calculates the feedback control amount by sliding mode control. .
るプラントモデルのパラメータ推定を禁止する同定禁止
手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の
いずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。6. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the inhibiting means further comprises an identification inhibiting means for inhibiting the parameter estimation of the plant model by the identifying means. Air-fuel ratio control system for engines.
パラメータ推定を禁止された後、パラメータ推定を再開
するときに、運転状態に応じてあらかじめ設定された初
期値を前記プラントモデルのパラメータに設定すること
を特徴とする請求項６記載の内燃機関の空燃比制御装
置。7. The identification means sets, when the parameter estimation is restarted after the parameter estimation is prohibited by the identification prohibiting means, an initial value preset according to an operating state, as a parameter of the plant model. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein
開した後、所定期間のあいだ、設定した初期値を保持す
ることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の空燃比制
御装置。8. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the identifying means holds the set initial value for a predetermined period after restarting the parameter estimation.
前記プラントモデルのパラメータを推定することを特徴
とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の内
燃機関の空燃比制御装置。9. The air-fuel ratio of the internal combustion engine according to claim 1, wherein the identifying means estimates the parameters of the plant model by using a recursive least squares method. Control device.
ト及び制御量算出手段を含むシステム全体を伝達関数で
表し、該システム全体の伝達関数が設定された特性を有
するように前記制御量算出手段の制御ゲインを算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１つ
に記載の内燃機関の空燃比制御装置。10. The control gain calculation means represents the entire system including the plant and the control amount calculation means by a transfer function, and the control amount calculation means of the control amount calculation means has a characteristic in which the transfer function of the entire system has a set characteristic. An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9, wherein a control gain is calculated.
はオープンループ制御時であることを特徴とする請求項
１から請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の空
燃比制御装置。11. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the predetermined operating state is during fuel cut or during open loop control.
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