JP2022143321A - Control device, control method, computer program, and engine system - Google Patents

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松栄 上田
Matsue Ueda
竜大 森安
Tatsuhiro Moriyasu
太郎 池田
Taro Ikeda
翔 川口
Sho Kawaguchi
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Abstract

To provide a control device in which a to-be-controlled system can perform a special operation in a state in which a part of control inputs is separated from the to-be-controlled system without increasing processing load or computer capacity.SOLUTION: A control device, for controlling each of control inputs to multiple functional components which a multiple-input and multi-output to-be-controlled system has, comprises: a model for predicting each quantity of state of the to-be-controlled system at the next time; and a control unit for determining and outputting each control input to each functional component so that each quantity of state follows a preset target value using the model. The control unit includes: determining each control input so as to minimize an evaluation function at a current time for every control cycle, the evaluation function representing a deviation between each quantity of state predicted by the model and each target value; and substituting the quantity of state of the current time predicted by the model using the information of just one prior time for one or more target values of the current time at any given moment.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、制御装置、制御方法、コンピュータプログラム、及びエンジンシステムに関する。 The present invention relates to control devices, control methods, computer programs, and engine systems.

被制御系の入出力変数に応じたモデルを用いて、被制御系の状態量変化を予測する技術が知られている。例えば、特許文献１には、車両のブレーキ圧制御に関し、評価関数Ｊを最小化するバルブ切替パターンを予測し、予測されたバルブ切替パターンに応じて油圧系の電磁弁を切り替えることで、少ないバルブ切替回数で良好なブレーキ圧制御を可能とすることが記載されている。 A technique is known for predicting changes in the state quantity of a controlled system using a model corresponding to the input/output variables of the controlled system. For example, Patent Literature 1 relates to brake pressure control of a vehicle. It is described that good brake pressure control is possible with the number of times of switching.

特開２０００－２８４８３１号公報JP-A-2000-284831

ところで、複数の操作量が入力され、複数の状態量をそれぞれ出力する多入力多出力の被制御系であって、各状態量に対する各操作量の影響が互いに干渉した多入力多出力の被制御系が知られている。このような多入力多出力の被制御系の一例には、複数の操作量（入力）として、内燃機関の吸排気路にそれぞれ設けられたエンジンスロットルの開度、ＥＧＲバルブの開度、及び可変ノズルの開度が使用され、複数の状態量（出力）として、内燃機関のポンプ損失、内燃機関のＥＧＲ率、及び吸気管圧力が使用される被制御系を挙げることができる。このような多入力多出力の被制御系において、被制御系からの要求により一部の操作量を固定開度とする場合の一例として、一部の操作量に関わるバルブもしくはアクチュエータの開閉動作が正常であることの評価・確認をする場合や、一部の操作量に関わるバルブもしくはアクチュエータが故障して操作ができなくなった場合などに、一時的に当該一部の操作量を被制御系から切り離した状態で被制御系を動作（以降「特殊動作」とも呼ぶ）させたいという要望があった。 By the way, in a multi-input multi-output controlled system in which a plurality of manipulated variables are input and a plurality of state quantities are output respectively, the multi-input multi-output controlled system in which the influence of each manipulated variable on each state quantity interferes with each other system is known. An example of such a multi-input multi-output controlled system includes, as a plurality of manipulated variables (inputs), the opening of an engine throttle provided in the intake and exhaust passages of an internal combustion engine, the opening of an EGR valve, and a variable A controlled system in which the opening of the nozzle is used and the pump loss of the internal combustion engine, the EGR rate of the internal combustion engine, and the intake manifold pressure are used as the plurality of state variables (outputs). In such a multi-input multi-output controlled system, as an example of setting a part of the manipulated variable to a fixed opening in response to a request from the controlled system, the opening/closing operation of a valve or actuator related to a part of the manipulated variable is When evaluating and confirming normality, or when valves or actuators related to part of the manipulated variable malfunction and become inoperable, etc., the part of the manipulated variable is temporarily transferred from the controlled system. There was a demand to operate the controlled system in a disconnected state (hereinafter also referred to as "special operation").

この点、特許文献１に記載の技術において、上述した特殊動作をさせようとする場合、評価関数Ｊに重みＱ行列を導入して、切り離し対象の操作量の重みｑn（ｎは任意の自然数）にゼロを代入して演算することで対応できる。しかし、この方法では、被制御系に特殊動作をさせる場合に限らず、通常動作をさせる場合でも常に重みＱ行列の演算をする必要が生じるため、制御装置における処理負荷が増大するという課題があった。また、特許文献１に記載の技術において、切り離し対象の操作量を被制御系から除外したモデルを別途用意しておき、特殊動作をさせようとする場合に、適用するモデルを切り替えることもできる。しかし、この方法では、複数のモデル（すなわち、複数の操作量のそれぞれが被制御系から除外された複数のモデル）を予め準備しておく必要があるため、手間と時間が掛かると共に、制御装置の計算機容量が増加するという課題があった。 In this regard, in the technique described in Patent Document 1, when the above-described special operation is to be performed, a weight Q matrix is introduced into the evaluation function J, and the weight q n (n is any natural number ) can be handled by substituting zero for the calculation. However, in this method, the weight Q matrix always needs to be calculated not only when the controlled system is made to perform a special operation, but also when it is made to perform a normal operation. rice field. In addition, in the technique described in Patent Document 1, it is also possible to separately prepare a model in which the operation amount to be disconnected is excluded from the controlled system, and switch the model to be applied when performing a special operation. However, in this method, it is necessary to prepare a plurality of models (that is, a plurality of models in which each of the plurality of manipulated variables is excluded from the controlled system) in advance. However, there was a problem that the computer capacity of the system increased.

なお、このような課題は、例示した内燃機関の被制御系に限らず、複数の操作量が入力され、複数の状態量をそれぞれ出力する多入力多出力の被制御系であって、各状態量に対する各操作量の影響が互いに干渉した多入力多出力の被制御系に共通する課題であった。 Such a problem is not limited to the controlled system of the internal combustion engine illustrated as an example, but is a multi-input multi-output controlled system in which a plurality of manipulated variables are input and a plurality of state variables are output. This is a common problem in multi-input multi-output controlled systems in which the influence of each manipulated variable on the quantity interferes with each other.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、多入力多出力の被制御系を制御する制御装置において、処理負荷や計算機容量を増大させることなく、一部の操作量を被制御系から切り離した状態での被制御系の特殊動作を可能とすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. It is an object of the present invention to enable a special operation of a controlled system in a state of being disconnected from the controlled system.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least part of the above problems, and can be implemented as the following modes.

（１）本発明の一形態によれば、複数の操作量が入力され、複数の状態量をそれぞれ出力する多入力多出力の被制御系であって、各前記状態量に対する各前記操作量の影響が互いに干渉した多入力多出力の被制御系において、前記被制御系が有する複数の機能部品に対する前記各操作量をそれぞれ制御する制御装置が提供される。この制御装置は、現時刻における、前記被制御系の前記各状態量に影響を与える運転条件、及び前記被制御系の前記各状態量と、各前記機能部品に対する前記各操作量とを用いて、次の時刻の前記被制御系の前記各状態量を予測するモデルと、前記モデルを用いて、前記各状態量が予め設定された目標値にそれぞれ追従するように、前記各機能部品に対する前記各操作量をそれぞれ決定し、出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記モデルによって予測される前記各状態量と、対応する各前記目標値と、の偏差を評価関数として、前記評価関数が最小化するような現時刻の前記各操作量を、制御周期ごとにそれぞれ決定するものであり、任意の契機で、現時刻の前記目標値の１つ以上に対して、１時刻前の情報を用いて前記モデルにより予測された現時刻の前記状態量を代入することで、１つ以上の現時刻の前記操作量の被制御系からの切り離し（すなわち、被制御系の特殊動作）を可能とする。 (1) According to one aspect of the present invention, a multi-input multi-output controlled system that receives a plurality of manipulated variables and outputs a plurality of state quantities, wherein each of the manipulated variables for each of the state quantities In a multi-input multi-output controlled system in which influences interfere with each other, there is provided a control device that controls each of the manipulated variables for a plurality of functional components of the controlled system. The control device uses the operating conditions that affect the state quantities of the controlled system, the state quantities of the controlled system, and the manipulated variables for the functional components at the current time. , a model for predicting each state quantity of the controlled system at the next time; a control unit that determines and outputs each manipulated variable, wherein the control unit uses the deviation between each of the state quantities predicted by the model and each of the corresponding target values as an evaluation function; The operation amount at the current time that minimizes the evaluation function is determined for each control cycle. By substituting the state quantity at the current time predicted by the model using the information of, one or more of the manipulated variables at the current time are separated from the controlled system (i.e., special action of the controlled system) enable

この構成によれば、制御部は、モデルによって予測される各状態量と、対応する各目標値と、の偏差を評価関数として、評価関数が最小化するような現時刻の各操作量を、制御周期ごとにそれぞれ決定することによって、各状態量が予め設定された目標値にそれぞれ追従するように、各機能部品に対する各操作量を制御できる。また、制御部は、任意の契機で、現時刻の目標値の１つ以上に対して、１時刻前の情報を用いてモデルにより予測された現時刻の状態量を代入することによって、被制御系の特殊動作を実現し、すなわち、１つ以上の現時刻の操作量を被制御系から切り離した状態で被制御系を動作させることが可能となる。すなわち、本構成によれば、従来の構成で特殊動作をさせようとする場合に必要であった重みＱ行列の演算や、複数のモデルを必要とせず、被制御系の特殊動作を実現できる。このため、本構成によれば、多入力多出力の被制御系を制御する制御装置において、処理負荷や計算機容量を増大させることなく、一部の操作量を被制御系から切り離した状態での被制御系の特殊動作を可能とできる。 According to this configuration, the control unit uses the deviation between each state quantity predicted by the model and each corresponding target value as an evaluation function, and calculates each operation amount at the current time such that the evaluation function is minimized, By determining each control cycle, each manipulated variable for each functional component can be controlled so that each state quantity follows a preset target value. In addition, the control unit substitutes the state quantity at the current time predicted by the model using the information one time earlier for one or more of the target values at the current time at an arbitrary trigger, A special operation of the system is realized, that is, the controlled system can be operated in a state in which one or more manipulated variables at the current time are separated from the controlled system. That is, according to this configuration, the special operation of the controlled system can be realized without the calculation of the weight Q matrix and the need for a plurality of models, which were required when attempting to perform the special operation in the conventional configuration. For this reason, according to this configuration, in a control device that controls a multi-input multi-output controlled system, a part of the manipulated variable can be controlled in a state in which a part of the manipulated variable is separated from the controlled system without increasing the processing load or the computer capacity. Special operations of the controlled system can be made possible.

（２）上記形態の制御装置において、前記制御部は、前記契機が与えられない場合において、各前記目標値として、前記制御装置の外部から与えられた値を用いてもよい。
この構成によれば、制御部は、契機が与えられない場合は、各状態量が、制御装置の外部から与えられた目標値にそれぞれ追従するように、各機能部品に対する各操作量を制御できる。すなわち制御部は、任意の契機がない場合は被制御系に通常動作をさせ、任意の契機がある場合は被制御系に特殊動作をさせる、というように被制御系の動作を切り替えて実行できる。 (2) In the control device of the above aspect, the control section may use a value given from outside the control device as each of the target values when the trigger is not given.
According to this configuration, the control unit can control each operation amount for each functional component so that each state quantity follows a target value given from the outside of the control device when a trigger is not given. . In other words, the control unit can switch the operation of the controlled system, such as making the controlled system perform normal operation when there is no arbitrary trigger, and making the controlled system perform a special operation when there is an arbitrary trigger. .

（３）上記形態の制御装置において、前記制御部は、前記評価関数として、現時刻から任意に設定された評価区間内における、前記各状態量と対応する各前記目標値との偏差の総和と、現時刻から任意に設定された評価区間の終端における、前記各状態量と対応する各前記目標値との偏差と、のいずれか一方、もしくは両方を用いてもよい。
この構成によれば、制御部は、評価関数として、評価区間内における偏差の総和と、評価区間の終端における偏差と、のいずれか一方、もしくは両方を用いることで、評価関数の演算負荷の軽減が可能となる。 (3) In the control device of the above aspect, the control unit includes, as the evaluation function, the sum of the deviations between the state quantities and the corresponding target values within an evaluation interval that is arbitrarily set from the current time; , or the deviation between each state quantity and each corresponding target value at the end of an evaluation interval set arbitrarily from the current time, or both.
According to this configuration, the control unit reduces the calculation load of the evaluation function by using one or both of the sum of the deviations in the evaluation interval and the deviation at the end of the evaluation interval as the evaluation function. becomes possible.

（４）本発明の一形態によれば、エンジンシステムが提供される。このエンジンシステムは、内燃機関と、前記内燃機関に設けられ、前記内燃機関の出力性能、排気性能、振動性能、及び騒音性能のうちの少なくともいずれかを調整可能な複数の機能部品と、上記形態の制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記各機能部品に対する前記各操作量をそれぞれ決定し、出力する。
この構成によれば、制御部は、内燃機関の出力性能、排気性能、振動性能、及び騒音性能のうちの少なくともいずれかを調整可能な複数の機能部品に対する各操作量をそれぞれ決定し、出力することができる。 (4) According to one aspect of the present invention, an engine system is provided. This engine system comprises: an internal combustion engine; a plurality of functional components provided in the internal combustion engine and capable of adjusting at least one of output performance, exhaust performance, vibration performance, and noise performance of the internal combustion engine; and a control device, wherein the control device determines and outputs each of the manipulated variables for each of the functional parts.
According to this configuration, the control unit determines and outputs each operation amount for each of the plurality of functional components capable of adjusting at least one of output performance, exhaust performance, vibration performance, and noise performance of the internal combustion engine. be able to.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、多入力多出力の被制御系を制御する情報処理装置やＥＣＵ（Engine Control Unit）、制御装置と被制御系とを含むシステム、これら装置及びシステムの制御方法、これら装置及びシステムにおいて実行されるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。 It should be noted that the present invention can be implemented in various aspects. a system including these devices and a control method of the system, a computer program executed in these devices and system, a server device for distributing the computer program, a non-temporary storage medium storing the computer program, etc. be able to.

制御システムの構成を例示した説明図である。It is an explanatory view showing an example of composition of a control system. 通常動作時の制御部の処理について説明する図である。It is a figure explaining the process of the control part at the time of normal operation. 特殊動作時の制御部の処理について説明する図である。It is a figure explaining the process of the control part at the time of special operation|movement. 特殊動作時の制御システムについて説明する図である。It is a figure explaining the control system at the time of special operation. 制御システムの具体例について説明する図である。It is a figure explaining the example of a control system. 図５に示す被制御系における第１～３操作量の変化を示す図である。6 is a diagram showing changes in first to third manipulated variables in the controlled system shown in FIG. 5; FIG. 図５に示す被制御系における第１～３状態量の変化を示す図である。6 is a diagram showing changes in first to third state quantities in the controlled system shown in FIG. 5; FIG.

＜実施形態＞
図１は、制御システム１の構成を例示した説明図である。本発明の一実施形態としての制御システム１は、複数の機能部品を有する被制御系２０と、被制御系２０を制御する制御装置１０とを備えている。被制御系２０は、複数の操作量ｕ1～3が入力され、複数の状態量ｘ1～3をそれぞれ出力する多入力多出力の被制御系であり、かつ、各状態量ｘ1～3に対する各操作量ｕ1～3の影響が互いに干渉した多入力多出力の被制御系である。制御装置１０は、モデル１２を用いて、各状態量ｘ1～3が予め設定された第１～３目標値ｒ1～3にそれぞれ追従するように、各操作量ｕ1～3を決定し、出力する。ここで、制御装置１０は、各状態量ｘ1～3が各目標値ｒ1～3にそれぞれ追従するように各操作量ｕ1～3を制御する「通常動作」と、１つ以上の操作量ｕn（ｎ＝１，２，３）を被制御系から切り離した状態で被制御系を動作させる「特殊動作」と、を切り替えて実行可能である。 <Embodiment>
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the control system 1. As shown in FIG. A control system 1 as one embodiment of the present invention includes a controlled system 20 having a plurality of functional components and a control device 10 that controls the controlled system 20 . The controlled system 20 is a multi-input multi-output controlled system to which a plurality of manipulated variables u 1 -3 are input and which outputs a plurality of state quantities x 1 -3 . This is a multi-input multi-output controlled system in which the influences of the manipulated variables u 1 to 3 on are mutually interfering. The controller 10 uses the model 12 to determine the manipulated variables u 1 -3 such that the state quantities x 1 -3 follow preset first to third target values r 1 -3 , respectively. ,Output. Here, the control device 10 performs a “normal operation” for controlling each manipulated variable u 1 to 3 so that each state quantity x 1 to 3 follows each target value r 1 to 3 , and one or more manipulation It is possible to switch and execute a "special operation" in which the controlled system is operated while the quantity u n (n=1, 2, 3) is separated from the controlled system.

制御装置１０は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）や、車載ＥＣＵ（Electronic Control Unit）として実現され得る。制御装置１０は、図示しないＣＰＵ、記憶部、ＲＯＭ／ＲＡＭ、及び通信部を含んで構成されており、制御部１１、モデル１２、及び運転条件１３として機能する。 The control device 10 can be implemented as, for example, a personal computer (PC) or an in-vehicle ECU (Electronic Control Unit). The control device 10 includes a CPU, a storage unit, a ROM/RAM, and a communication unit (not shown), and functions as a control unit 11, a model 12, and operating conditions 13.

制御部１１は、ＲＯＭに格納されているコンピュータプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、現時刻の第１～３操作量ｕ1～3をそれぞれ決定して、出力する。具体的には、制御部１１は、モデル１２を用いて、第１～３状態量ｘ1～3が予め設定された第１～３目標値ｒ1～3にそれぞれ追従するように、第１～３操作量ｕ1～3をそれぞれ決定する。そして、制御部１１は、決定した第１操作量ｕ1を第１機能部品２１に出力し、決定した第２操作量ｕ2を第２機能部品２２に出力し、決定した第３操作量ｕ3を第３機能部品２３に出力する。詳細は後述する。 The control unit 11 expands the computer program stored in the ROM into the RAM and executes it, thereby determining and outputting the first to third manipulated variables u 1 to u 3 at the current time. Specifically, the control unit 11 uses the model 12 to control the first to third state quantities x 1 to 3 so that they follow preset first to third target values r 1 to 3 , respectively. ∼3 The manipulated variables u 1 ∼ 3 are determined respectively. Then, the control unit 11 outputs the determined first manipulated variable u 1 to the first functional component 21, outputs the determined second manipulated variable u 2 to the second functional component 22, and outputs the determined third manipulated variable u 3 is output to the third functional component 23 . Details will be described later.

モデル１２は、現時刻における運転条件のもと、現時刻における第１～３状態量ｘ1～3を有する被制御系２０に対して、第１～３操作量ｕ1～3で指定される操作を行った場合に、次の時刻に得られるであろうと推定される被制御系２０の第１～３状態量ｘ1～3を算出するためのモデルである。例えば、モデル１２は、現時刻における運転条件と、現時刻における第１～３状態量ｘ1～3と、第１～３操作量ｕ1～3とを入力変数とし、次の時刻における第１～３状態量ｘ1～3を出力変数とする機械学習モデルにより実現できる。モデル１２は、予め実験等により求められ、制御装置１０の記憶部に記憶されている。なお、モデル１２は、上述した入力変数と出力変数とを含む物理式やマップ等の、周知の他の方法により実現されてもよい。 The model 12 is specified by the first to third manipulated variables u 1 to 3 for the controlled system 20 having the first to third state quantities x 1 to 3 at the current time under the operating conditions at the current time. This is a model for calculating the first to third state quantities x 1 to 3 of the controlled system 20 that are estimated to be obtained at the next time when an operation is performed. For example, the model 12 has as input variables the operating conditions at the current time, the first to third state quantities x 1 to 3 at the current time, and the first to third manipulated variables u 1 to 3 , and the first It can be realized by a machine learning model with ∼3 state variables x 1 ∼ 3 as output variables. The model 12 is obtained in advance through experiments or the like and stored in the storage unit of the control device 10 . Note that the model 12 may be realized by other well-known methods such as physical formulas and maps including the above-described input variables and output variables.

運転条件１３は、被制御系２０における第１～３状態量ｘ1～3に影響を与える、１つ以上の外部要因（外生入力とも呼ばれる）である。運転条件１３としては、被制御系２０の具体的な構成や、第１～３機能部品２１～２３に応じて種々の条件を用いることができる。運転条件１３は省略されてもよい。運転条件１３は、予め設定され、制御装置１０の記憶部に記憶されている。なお、運転条件１３は、制御装置１０に接続されたセンサや通信部を介して、外部からリアルタイムに取得されてもよい。また、運転条件１３は、上述したモデル１２とは異なるモデル（機械学習モデル、物理式、マップ等）を用いて推定された推定値であってもよい。 The operating conditions 13 are one or more external factors (also called exogenous inputs) that affect the first to third state quantities x 1 to x 3 in the controlled system 20 . As the operating condition 13, various conditions can be used according to the specific configuration of the controlled system 20 and the first to third functional components 21-23. Operating condition 13 may be omitted. The operating conditions 13 are set in advance and stored in the storage unit of the control device 10 . Note that the operating conditions 13 may be acquired from the outside in real time via a sensor or communication unit connected to the control device 10 . Also, the operating condition 13 may be an estimated value estimated using a model (machine learning model, physical formula, map, etc.) different from the model 12 described above.

図２は、通常動作時の制御部１１の処理について説明する図である。図２（Ａ）は１時刻前の処理の様子を、図２（Ｂ）は現時刻の処理の様子を、図２（Ｃ）は１時刻後の処理の様子を、それぞれ示す。以降の説明では、制御装置１０の制御周期を「Δｔ」と表し、図１と同様にｎ＝１，２，３の場合を例示する。通常動作時において、制御部１１は、制御周期Δｔごとに以下のａ１～ａ４の制御を繰り返し実行する。
（ａ１）制御部１１は、現時刻ｔを基準とした評価区間τを設定する。評価区間τとしては任意の間隔を用いることができる。
（ａ２）制御部１１は、モデル１２に対して、現時刻ｔの運転条件ｄと、現時刻ｔの状態量ｘnと、操作量ｕ1～3とをそれぞれ入力することで、次の時刻（現時刻ｔよりも将来の時刻）における状態量ｘnの時系列変化（図２：破線で表す曲線）を予測する。
（ａ３）制御部１１は、モデル１２により予測された状態量ｘnと、状態量ｘnに対応する目標値ｒnとの偏差ｅｓnをそれぞれ求める。偏差ｅｓnは、図２（Ａ）において斜線を付したハッチングで表す値であり、評価区間τにおける状態量ｘnと目標値ｒnとの偏差の総和を意味する。なお、制御部１１は、偏差ｅｓnに代えて、評価区間τの終端における状態量ｘnと目標値ｒnとの偏差ｅｆnを求めてもよい。なお、目標値ｒnは、制御装置１０の外部から与えられた値である。
（ａ４）制御部１１は、偏差ｅｓnまたは偏差ｅｆnの二乗、もしくは偏差ｅｓnと偏差ｅｆnのそれぞれの二乗を、下記式（１）に示す評価関数Ｊとして、評価関数Ｊを最小化するような操作量ｕ1～3を算出し、これを現時刻ｔの操作量ｕ1～3とする。
Ｊ＝ｅ1 2＋ｅ2 2＋ｅ3 2 ・・・（１） FIG. 2 is a diagram illustrating processing of the control unit 11 during normal operation. 2A shows the state of processing one hour before, FIG. 2B shows the state of processing at the present time, and FIG. 2C shows the state of processing one hour later. In the following description, the control cycle of the control device 10 is expressed as "Δt", and the cases where n=1, 2, 3 are exemplified as in FIG. During normal operation, the control unit 11 repeatedly executes the following controls a1 to a4 every control cycle Δt.
(a1) The control unit 11 sets an evaluation interval τ based on the current time t. Any interval can be used as the evaluation interval τ.
(a2) The control unit 11 inputs the operating condition d at the current time t, the state quantity x n at the current time t, and the manipulated variables u 1 to 3 to the model 12, so that the next time Predict the time-series change of the state quantity x n (the curve represented by the dashed line in FIG. 2) at (a time in the future from the current time t).
(a3) The control unit 11 obtains the deviation es n between the state quantity x n predicted by the model 12 and the target value r n corresponding to the state quantity x n . The deviation es n is a value indicated by hatching with oblique lines in FIG. 2(A), and means the sum of deviations between the state quantity x n and the target value rn in the evaluation interval τ. Note that the control unit 11 may obtain the deviation ef n between the state quantity x n at the end of the evaluation interval τ and the target value rn instead of the deviation es n . Note that the target value r n is a value given from the outside of the control device 10 .
(a4) The control unit 11 takes the square of the deviation esn or the deviation efn , or the square of each of the deviation esn and the deviation efn as the evaluation function J shown in the following equation (1), and minimizes the evaluation function J. The manipulated variables u 1 to 3 are calculated so as to be the manipulated variables u 1 to 3 at the current time t.
J= e12 + e22 + e32 ( 1 )

制御部１１は、図２（Ａ）に示す１時刻前ｔ－Δｔ、図２（Ｂ）に示す現時刻ｔ、図２（Ｃ）に示す１時刻後ｔ＋Δｔの各制御周期について、上述したａ１～ａ４の制御を繰り返し実行する。これにより、制御部１１は、図２（Ａ）～（Ｃ）に示すように、第１～３状態量ｘ1～3を第１～３目標値ｒ1～3に追従させるための、第１～３操作量ｕ1～3を決定し、第１～第３機能部品２１～２３に出力できる。 The control unit 11 controls the above-described a1 The control of ~a4 is repeatedly executed. 2A to 2C, the control unit 11 controls the first to third state quantities x 1 to 3 to follow the first to third target values r 1 to 3 . It is possible to determine the 1st to 3rd manipulated variables u 1 to 3 and output them to the first to third functional components 21 to 23 .

図３は、特殊動作時の制御部１１の処理について説明する図である。図３（Ａ）は１時刻前の処理の様子を、図３（Ｂ）は現時刻の処理の様子を、それぞれ示す。制御部１１は、任意の契機があった際に、図２で説明した通常動作処理に代えて、以降説明する特殊動作処理を行う。この契機は任意に定めることができ、例えば、予め定められた時刻の到来、予め定められた命令の入力、予め定められたアプリケーションの実行等を採用できる。特殊動作時において、制御部１１は、制御周期Δｔごとに以下のｂ１～ｂ３の制御を繰り返し実行する。
（ｂ１）制御部１１は、現時刻ｔを基準とした評価区間τを設定する。
（ｂ２）制御部１１は、１時刻前（ｔ－Δｔ）において、モデル１２により予測された状態量ｘnの時系列変化（図３：破線で表す曲線）のうち、現時刻ｔに対応する状態量ｘnの予測値ｘ＾n,t（図３：星印を付した箇所の値）を取得する。
（ｂ３）制御部１１は、取得した状態量ｘ＾n,tを、現時刻ｔにおける対応する目標値ｒn,tに代入する。これにより、現時刻ｔの目標値ｒn,tに対して、モデル１２により予測された現時刻ｔの状態量ｘnの予測値ｘ＾n,tが再循環される。 FIG. 3 is a diagram for explaining processing of the control unit 11 during a special action. FIG. 3A shows the state of processing one hour ago, and FIG. 3B shows the state of processing at the present time. The control unit 11 performs special operation processing described below instead of the normal operation processing described with reference to FIG. 2 when an arbitrary trigger occurs. This trigger can be arbitrarily determined, and for example, arrival of a predetermined time, input of a predetermined command, execution of a predetermined application, etc. can be adopted. During the special operation, the control unit 11 repeatedly executes the following controls b1 to b3 every control cycle Δt.
(b1) The control unit 11 sets an evaluation interval τ based on the current time t.
(b2) The control unit 11 selects the time-series change in the state quantity x n predicted by the model 12 one time ago (t−Δt) (the curve represented by the dashed line in FIG. 3) corresponding to the current time t. Obtain the predicted value x̂n,t of the state quantity xn (values marked with asterisks in FIG. 3).
(b3) The control unit 11 substitutes the obtained state quantity x̂n,t into the corresponding target value r n,t at the current time t. As a result, the predicted value x̂n, t of the state quantity xn at the current time t predicted by the model 12 is recirculated with respect to the target value rn ,t at the current time t.

ここで、図３（Ａ）に示す１時刻前ｔ－Δｔから、図３（Ｂ）に示す現時刻ｔまでの間に、運転条件１３に変化がない場合（または運転条件１３の変化が十分小さい場合）、以下の項目ｃ１，ｃ２の偏差ｅn,tは生じない（または偏差ｅn,tはわずかとなる）。この結果、現時刻ｔにおける評価関数Ｊt（式１参照）は最小化されるため、操作量ｕnが制御から切り離された状態を実現できる。
（ｃ１）１時刻前ｔ－Δｔにおいて予測された現時刻ｔの状態量ｘ＾n,t
（ｃ２）１時刻前ｔ－Δｔにおいて決定された操作量ｕn,t-Δtによって実現される、現時刻ｔの状態量ｘn,t Here, if there is no change in the operating condition 13 from t−Δt one time ago shown in FIG. 3A to the current time t shown in FIG. small), no deviation e n,t of the following items c1, c2 occurs (or the deviation e n,t is small). As a result, since the evaluation function J t (see Equation 1) at the current time t is minimized, a state in which the manipulated variable u n is separated from the control can be achieved.
(c1) State quantity x^ n,t at current time t predicted at t−Δt one time ago
(c2) The state quantity x n,t at the current time t realized by the manipulated variable u n,t- Δt determined at t−Δt one time before

図４は、特殊動作時の制御システム１について説明する図である。本実施形態の制御システム１は、３入力３出力の被制御系２０を有している。このため、図３で説明したｎには、１，２，３の中から任意に選択された１以上の値が用いられる。換言すれば、制御部１１は、第１～３状態量ｘ1～3、第１～３操作量ｕ1～3、及び第１～３目標値ｒ1～3のうちのいくつかに対して、図３で説明した処理を行う。図４では、３入力３出力の被制御系２０のうち、第１操作量ｕ1と、第１状態量ｘ1を被制御系から切り離した特殊動作をさせる場合を例示している。 FIG. 4 is a diagram explaining the control system 1 during a special operation. The control system 1 of this embodiment has a controlled system 20 with three inputs and three outputs. Therefore, a value of 1 or more arbitrarily selected from 1, 2, and 3 is used for n described in FIG. In other words, for some of the first to third state quantities x 1 to 3 , the first to third manipulated variables u 1 to 3 , and the first to third target values r 1 to 3 , the control unit 11 , the processing described in FIG. 3 is performed. FIG. 4 illustrates a case in which the first manipulated variable u 1 and the first state variable x 1 of the controlled system 20 with three inputs and three outputs are separated from the controlled system to perform a special operation.

この場合、１時刻前においてモデル１２により予測された現時刻ｔの第１状態量ｘ＾1,tを、現時刻ｔの第１目標値ｒ1に代入すると共に、現時刻ｔの第１操作量ｕ1に固定値を与える。このとき、１時刻前までの制御で最適化された第１操作量ｕ1と、現時刻ｔにおいて与えられた第１操作量ｕ1（固定値）と、の間に隔たりがある場合、現時刻ｔでは、第１操作量ｕ1が固定値である前提の下で、評価関数Ｊt（式１参照）を最小化するように、固定されていない操作量（すなわち、第２操作量ｕ2と第３操作量ｕ3）が決定される。このサイクルを複数回繰り返して被制御系２０が定常状態になると、第２目標値ｒ2と第３目標値ｒ3とが同時に達成されるように、第２操作量ｕ2と第３操作量ｕ3とが最適化される。この結果、第１操作量ｕ1と第１状態量ｘ1とが被制御系２０から切り離されて、残存した第２，３操作量ｕ2,3によって、第２，３目標値ｒ2,3に対する追従制御が継続されることとなる。 In this case, the first state quantity x̂1 ,t at the current time t predicted by the model 12 one time earlier is substituted for the first target value r1 at the current time t, and the first operation We give the quantity u 1 a fixed value. At this time, if there is a gap between the first manipulated variable u 1 optimized by the control up to one time ago and the first manipulated variable u 1 ( fixed value) given at the current time t, the current At time t , under the premise that the first manipulated variable u 1 is a fixed value, an unfixed manipulated variable (that is, the second manipulated variable u 2 and the third manipulated variable u 3 ) are determined. When this cycle is repeated a plurality of times and the controlled system 20 enters a steady state, the second manipulated variable u 2 and the third manipulated variable are adjusted so that the second target value r 2 and the third target value r 3 are simultaneously achieved. u 3 are optimized. As a result, the first manipulated variable u 1 and the first state variable x 1 are separated from the controlled system 20, and the remaining second and third manipulated variables u 2,3 generate the second and third target values r 2, Follow-up control for 3 is continued.

図５は、制御システム１の具体例について説明する図である。図５には、図１で説明した被制御系２０の一例としての、被制御系２０ａの構成を示す。被制御系２０ａは、内燃機関としてのディーゼルエンジン２１０と、インタークーラ２２０と、エアクリーナ２３０と、コンプレッサ２４０と、過給機２５０と、タービン２６０と、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラ２７０と、これらを接続する吸排気路２８０と、ディーゼルスロットル２９１と、ＥＧＲバルブ２９２と、可変ノズル２９３と、を備えている。図５における矢印は、空気の流れを表す。なお、内燃機関としてのディーゼルエンジン２１０を搭載した被制御系２０ａを「エンジンシステム」とも呼ぶ。 FIG. 5 is a diagram illustrating a specific example of the control system 1. As shown in FIG. FIG. 5 shows the configuration of a controlled system 20a as an example of the controlled system 20 described in FIG. The controlled system 20a includes a diesel engine 210 as an internal combustion engine, an intercooler 220, an air cleaner 230, a compressor 240, a supercharger 250, a turbine 260, an EGR (Exhaust Gas Recirculation) cooler 270, and these. It has an intake/exhaust passage 280 , a diesel throttle 291 , an EGR valve 292 and a variable nozzle 293 which are connected to each other. Arrows in FIG. 5 represent the flow of air. The controlled system 20a equipped with the diesel engine 210 as an internal combustion engine is also called an "engine system".

図５に示す被制御系２０ａにおいて、制御装置１０は、上述した第１～３状態量ｘ1～3、第１～３目標値ｒ1～3、第１～３操作量ｕ1～3、及び運転条件１３として、次のｄ１～ｄ７に示す各値を使用する。
（ｄ１）第１状態量ｘ1及び第１目標値ｒ1：ポンプ損失ＳＶ１（平均有効圧力）［ｋＰａ］
（ｄ２）第２状態量ｘ2及び第２目標値ｒ2：ＥＧＲ率ＳＶ２［％］
（ｄ３）第３状態量ｘ3及び第３目標値ｒ3：吸気管圧力ＳＶ３（過給圧）［ｋＰａ］
（ｄ４）第１操作量ｕ1：ディーゼルスロットル２９１の開度［％］
（ｄ５）第２操作量ｕ2：ＥＧＲバルブ２９２の開度［％］
（ｄ６）第３操作量ｕ3：可変ノズル２９３の開度［％］
（ｄ７）運転条件１３：エンジン回転数［ｒｐｍ］、燃料噴射量［ｍｍ3／ｓｔ．］ In the controlled system 20a shown in FIG . And as the operating conditions 13, the following values d1 to d7 are used.
(d1) First state quantity x 1 and first target value r 1 : pump loss SV1 (average effective pressure) [kPa]
(d2) Second state quantity x2 and second target value r2: EGR rate SV2 [%]
(d3) Third state quantity x3 and third target value r3: intake pipe pressure SV3 (supercharging pressure) [kPa]
(d4) First manipulated variable u 1 : opening of diesel throttle 291 [%]
(d5) Second manipulated variable u 2 : Opening degree of EGR valve 292 [%]
(d6) Third manipulated variable u 3 : Opening degree of variable nozzle 293 [%]
(d7) Operating condition 13: engine speed [rpm], fuel injection amount [mm 3 /st. ]

例えば、第１状態量ｘ1としてのポンプ損失ＳＶ１、第２状態量ｘ2としてのＥＧＲ率ＳＶ２、及び、第３状態量ｘ3としての吸気管圧力ＳＶ３は、図示しない空気流量センサ、各部の温度／圧力センサ、運転条件１３等から推定された値を利用できる。第２，３状態量ｘ2,3の推定には、マップと物理式を組み合わせたモデルや、機械学習モデルを用いることができる。また、エンジン回転数は、車速とギア比によって決定され、燃料噴射量は、運転者のアクセル踏み込み量（要求トルク）によって決定される。このため、エンジン回転数と燃料噴射量は、運転条件１３となる。制御装置１０は、この運転条件１３に合わせて燃費、排気、及び騒音性能を最適化するために、筒内の酸素量／空気量を調整する制御を、図２～図４で説明した手順に従って実施する。 For example, the pump loss SV1 as the first state quantity x1, the EGR rate SV2 as the second state quantity x2, and the intake pipe pressure SV3 as the third state quantity x3 are obtained from an air flow rate sensor (not shown), Values estimated from temperature/pressure sensors, operating conditions 13, etc. can be used. A model combining a map and a physical formula or a machine learning model can be used for estimating the second and third state quantities x2,3 . Also, the engine speed is determined by the vehicle speed and gear ratio, and the fuel injection amount is determined by the accelerator depression amount (required torque) of the driver. Therefore, the engine speed and the fuel injection amount are set to the operating condition 13. In order to optimize the fuel efficiency, exhaust gas, and noise performance in accordance with the operating conditions 13, the control device 10 performs control for adjusting the amount of oxygen/air in the cylinder according to the procedures described with reference to FIGS. 2 to 4. implement.

図６は、図５に示す被制御系２０ａにおける第１～３操作量ｕ1～3の変化を示す図である。図７は、図５に示す被制御系２０ａにおける第１～３状態量ｘ1～3の変化を示す図である。図６（Ａ）及び図７（Ａ）は、第１操作量ｕ1の経時的変化と、第１状態量ｘ1の第１目標値ｒ1への追従性とを表している。同様に、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）は、第２操作量ｕ2の経時的変化と、第２状態量ｘ2の第２目標値ｒ2への追従性とを表し、図６（Ｃ）及び図７（Ｃ）は、第３操作量ｕ3の経時的変化と、第３状態量ｘ3の第３目標値ｒ3への追従性とを表す。 FIG. 6 is a diagram showing changes in the first to third manipulated variables u 1 to 3 in the controlled system 20a shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing changes in the first to third state quantities x 1 to 3 in the controlled system 20a shown in FIG. FIGS. 6A and 7A show temporal changes in the first manipulated variable u 1 and followability of the first state quantity x 1 to the first target value r 1 . Similarly, FIGS. 6B and 7B show changes over time in the second manipulated variable u 2 and followability of the second state quantity x 2 to the second target value r 2 . 6(C) and FIG. 7(C) show changes over time in the third manipulated variable u 3 and followability of the third state quantity x 3 to the third target value r 3 .

ここでは、予め定められた時刻Ｔの到来を契機として、図６（Ａ）に示すようにディーゼルスロットル２９１の開度（第１操作量ｕ1）を固定値とし、ディーゼルスロットル２９１の開度（第１操作量ｕ1）と、ポンプ損失ＳＶ１（第１状態量ｘ1）を被制御系から切り離した特殊動作をさせている。なお、図７（Ａ）では、時刻Ｔ以降の第１目標値ｒ1に１時刻前の値を継続して描画しているが、実際には図３の制御ｂ３で説明した通り、時刻Ｔ以降の第１目標値ｒ1には、モデル１２により予測された現時刻ｔの第１状態量ｘ1の予測値ｘ＾1,tが代入される。 Here, with the arrival of a predetermined time T as a trigger, as shown in FIG. A special operation is performed in which the first manipulated variable u 1 ) and the pump loss SV1 (the first state variable x 1 ) are separated from the controlled system. In FIG. 7(A), the first target value r 1 after time T is continuously plotted with the value one time before. The predicted value x̂1 , t of the first state quantity x1 at the current time t predicted by the model 12 is substituted for the first target value r1 thereafter.

制御切替前（時刻Ｔより前）は、図６に示すディーゼルスロットル２９１、ＥＧＲバルブ２９２、及び可変ノズル２９３の各開度（第１～３操作量ｕ1～3）が、図７に示すポンプ損失ＳＶ、ＥＧＲ率ＳＶ２、及び吸気管圧力ＳＶ３の第１～３目標値ｒ1～3を達成するように最適化されている。なお、第１～３目標値ｒ1～3には、制御装置１０の外部から与えられた値が使用される。 Before control switching (before time T), the openings of the diesel throttle 291 , the EGR valve 292, and the variable nozzle 293 shown in FIG. It is optimized to achieve first to third target values r 1 to 3 of loss SV, EGR rate SV2, and intake pipe pressure SV3. Values given from the outside of the control device 10 are used as the first to third target values r 1 to r 3 .

制御切替後（時刻Ｔより後）においては、図６（Ａ）に示すディーゼルスロットル２９１の開度（第１操作量ｕ1）が外部からの指令により固定される。この結果、図７（Ａ）～（Ｃ）に示すポンプ損失ＳＶ１、ＥＧＲ率ＳＶ２、及び吸気管圧力ＳＶ３についての、第１～３状態量ｘ1～3と第１～３目標値ｒ1～3との間に偏差が生じる。そして、図３及び図４で説明したように、ＥＧＲ率ＳＶ２及び吸気管圧力ＳＶ３についての第２，３目標値ｒ2,3が同時に達成されるように、ＥＧＲバルブ２９２の開度及び可変ノズル２９３の開度（第２，３操作量ｕ2,3）が最適化される。これにより、ディーゼルスロットル２９１の開度（第１操作量ｕ1）とポンプ損失ＳＶ１（第１状態量ｘ1）とが被制御系２０ａから切り離される。すなわち、被制御系２０ａは、時刻Ｔより前は３バルブ制御であり、時刻Ｔより後は２バルブ制御となる。 After control switching (after time T), the opening degree (first manipulated variable u 1 ) of diesel throttle 291 shown in FIG. 6A is fixed by an external command. As a result, the first to third state quantities x 1 to 3 and the first to third target values r 1 to Deviation between 3 . 3 and 4, the opening of the EGR valve 292 and the variable nozzle 293 openings (second and third manipulated variables u 2,3 ) are optimized. As a result, the opening of the diesel throttle 291 (first manipulated variable u 1 ) and the pump loss SV1 (first state variable x 1 ) are separated from the controlled system 20a. That is, the controlled system 20a is under 3-valve control before time T, and under 2-valve control after time T. FIG.

以上のように、本実施形態の制御システム１によれば、制御装置１０の制御部１１は、モデル１２によって予測される各状態量ｘnと、対応する各目標値ｒnと、の偏差ｅ（例えばｅｓn，ｅｆn）を評価関数Ｊとして、評価関数Ｊが最小化するような現時刻ｔの各操作量ｕnを、制御周期Δｔごとにそれぞれ決定することによって、各状態量ｘnが予め設定された目標値ｒnにそれぞれ追従するように、各機能部品（第１機能部品２１、第２機能部品２２、第３機能部品２３）に対する各操作量ｕnを制御できる。また、制御部１１は、任意の契機で、現時刻ｔの目標値ｒnの１つ以上に対して、１時刻前ｔ－Δｔの情報を用いてモデル１２により予測された現時刻ｔの状態量＾n,tを代入することによって、被制御系２０の特殊動作を実現し、すなわち、１つ以上の現時刻ｔの操作量ｕnを被制御系２０から切り離した状態で被制御系２０を動作させることを可能とできる。すなわち、上記実施形態の制御システム１によれば、従来の構成で特殊動作をさせようとする場合に必要であった重みＱ行列の演算や、複数のモデルを必要とせず、被制御系２０の特殊動作を実現できる。このため、制御システム１によれば、多入力多出力の被制御系２０を制御する制御装置１０において、処理負荷や計算機容量を増大させることなく、一部の操作量ｕnを被制御系２０から切り離した状態での被制御系２０の特殊動作を可能とできる。 As described above, according to the control system 1 of the present embodiment, the control unit 11 of the control device 10 controls the deviation e (e.g., es n , ef n ) as an evaluation function J, and each manipulated variable u n at the current time t that minimizes the evaluation function J is determined for each control cycle Δt, so that each state quantity x n Each operation amount u n for each functional component (first functional component 21, second functional component 22, third functional component 23) can be controlled such that each follows a preset target value r n . In addition, the control unit 11, at any trigger, for one or more of the target values r n at the current time t, the state of the current time t predicted by the model 12 using the information of t−Δt one time before By substituting the quantity ^ n,t , the special operation of the controlled system 20 is realized, that is, the controlled system 20 can be operated. That is, according to the control system 1 of the above-described embodiment, the calculation of the weight Q matrix and multiple models, which were necessary when trying to perform a special operation in the conventional configuration, are not required. Can perform special actions. Therefore, according to the control system 1, in the control device 10 that controls the multi-input multi-output controlled system 20, a part of the manipulated variable u n can be controlled by the controlled system 20 without increasing the processing load or the computer capacity. A special operation of the controlled system 20 can be made possible in a state of being disconnected from.

また、本実施形態の制御システム１によれば、制御部１１は、任意の契機が与えられない場合（例えば、図６及び図７の例では、時刻Ｔが到来する前）は、各状態量ｘnが、制御装置１０の外部から与えられた目標値ｒnにそれぞれ追従するように、各機能部品（第１機能部品２１、第２機能部品２２、第３機能部品２３）に対する各操作量ｕnを制御できる。すなわち制御部１１は、任意の契機がない場合は被制御系２０に通常動作をさせ、任意の契機がある場合は被制御系２０に特殊動作をさせる、というように被制御系２０の動作を切り替えて実行できる。 Further, according to the control system 1 of the present embodiment, when an arbitrary trigger is not given (for example, in the examples of FIGS. 6 and 7, before the time T arrives), each state quantity Each operation amount for each functional component (first functional component 21, second functional component 22, third functional component 23) is adjusted such that x n follows the target value r n given from the outside of the control device 10. u n can be controlled. That is, the control unit 11 causes the controlled system 20 to perform a normal operation when there is no arbitrary trigger, and causes the controlled system 20 to perform a special operation when there is an arbitrary trigger. You can switch and run.

さらに、本実施形態の制御システム１によれば、制御部１１は、評価関数Ｊとして、評価区間τ内における偏差の総和ｅｓnと、評価区間τの終端における偏差ｅｆnと、のいずれか一方、もしくは両方を用いることで、評価関数Ｊの演算負荷の軽減が可能となる。 Furthermore, according to the control system 1 of the present embodiment, the control unit 11 uses, as the evaluation function J, either the sum es n of deviations within the evaluation interval τ or the deviation ef n at the end of the evaluation interval τ. , or both, the calculation load of the evaluation function J can be reduced.

さらに、図５で説明した構成の制御システム１によれば、制御部１１は、ディーゼルエンジン２１０（内燃機関）の出力性能、排気性能、振動性能、及び騒音性能のうちの少なくともいずれかを調整可能な複数の機能部品としての、ディーゼルスロットル２９１（エンジンスロットル）、ＥＧＲバルブ２９２、及び可変ノズル２９３に対する各操作量ｕnをそれぞれ決定し、出力することができる。また、制御部１１は、ディーゼルスロットル２９１、ＥＧＲバルブ２９２、及び可変ノズル２９３のうちの少なくとも１つ以上を被制御系２０ａから切り離した状態で被制御系２０ａを動作させることができる。具体的には、ディーゼルスロットル２９１に固定開度を与えた状態においても、被制御系２０ａは、残ったＥＧＲバルブ２９２、及び可変ノズル２９３によって制御動作を継続することができる。 Furthermore, according to the control system 1 configured as described in FIG. 5, the control unit 11 can adjust at least one of the output performance, exhaust performance, vibration performance, and noise performance of the diesel engine 210 (internal combustion engine). It is possible to determine and output each operation amount u n for a diesel throttle 291 (engine throttle), an EGR valve 292, and a variable nozzle 293 as a plurality of functional parts. Further, the control unit 11 can operate the controlled system 20a in a state in which at least one or more of the diesel throttle 291, the EGR valve 292, and the variable nozzle 293 are disconnected from the controlled system 20a. Specifically, even when the fixed opening degree is given to the diesel throttle 291, the controlled system 20a can continue the control operation by the remaining EGR valve 292 and the variable nozzle 293.

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、ハードウェアによって実現されるとした構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されるとした構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。そのほか、例えば次のような変形も可能である。 <Modification of this embodiment>
The present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various aspects without departing from the scope of the invention. It may be replaced, or conversely, part of the configuration realized by software may be replaced by hardware. In addition, for example, the following modifications are also possible.

［変形例１］
上記実施形態では、制御システム１の構成の一例を示した。しかし、制御システム１の構成は種々の変形が可能である。例えば、制御システム１のうち、制御装置１０と被制御系２０とは、ネットワークを介して通信可能に接続され、物理的に離れた位置に存在していてもよい。例えば、制御システム１は、制御装置１０及び被制御系２０とは異なる機能部を有していてもよい。具体的には、例えば、モデル１２と運転条件１３とを用いて各状態量ｘ1～3を推定する「状態推定器」を、制御装置１０の外部に設けてもよい。この状態推定器は、各状態量ｘ1～3の推定のみを目的としたＥＣＵ等である。制御装置１０と別に状態推定器を設けることにより、制御装置１０の処理負荷を低減させて、制御装置１０の処理速度を向上させることができる。 [Modification 1]
In the above embodiment, an example of the configuration of the control system 1 is shown. However, various modifications of the configuration of the control system 1 are possible. For example, in the control system 1, the control device 10 and the controlled system 20 may be communicably connected via a network and exist at physically separate locations. For example, the control system 1 may have functional units different from those of the control device 10 and the controlled system 20 . Specifically, for example, a “state estimator” that estimates each state quantity x 1 to x 3 using the model 12 and the operating conditions 13 may be provided outside the control device 10 . This state estimator is an ECU or the like intended only for estimating each state quantity x1-3 . By providing the state estimator separately from the control device 10, the processing load of the control device 10 can be reduced and the processing speed of the control device 10 can be improved.

［変形例２］
上記実施形態では、制御装置１０の構成の一例を示した。しかし、制御装置１０の構成は種々の変形が可能である。例えば、制御装置１０は、写像変換などの関数を使って構成された変換部をさらに備えてもよい。変換部は、モデル１２への入力変数を変換（エンコード）し、モデル１２からの出力変数を変換（デコード）する。このような変換部を用いることで、例えば、非線形であったモデル１２を線形化することが可能になるので、制御部１１での最適化計算において安定的に最適解が得られるようになり、制御装置１０の信頼性を向上できる。また、変換部の関数及びモデル１２を変更することなく、被制御系２０の状態量、目標値、及び操作量の切り離しが可能となるため、制御装置１０の信頼性と、制御の柔軟性とを同時に向上できる。 [Modification 2]
In the above embodiment, an example of the configuration of the control device 10 is shown. However, the configuration of the control device 10 can be modified in various ways. For example, the control device 10 may further include a conversion unit configured using a function such as map conversion. The transformation unit transforms (encodes) input variables to the model 12 and transforms (decodes) output variables from the model 12 . By using such a conversion unit, for example, it is possible to linearize the nonlinear model 12, so that the optimum solution can be stably obtained in the optimization calculation in the control unit 11, The reliability of the control device 10 can be improved. In addition, since it is possible to separate the state quantity, the target value, and the manipulated variable of the controlled system 20 without changing the function of the conversion unit and the model 12, the reliability of the control device 10, the flexibility of control, and the can be improved at the same time.

［変形例３］
上記実施形態では、被制御系２０ａの構成の一例を示した。しかし、被制御系２０ａの構成は種々の変形が可能である。例えば、被制御系２０ａは、内燃機関としてのディーゼルエンジン２１０に代えて、ガソリンエンジンや、水素、アンモニア、天然ガス等を動力とするエンジンなどを含んで構成されてもよい。例えば、被制御系２０ａは、内燃機関とモータとを組み合わせて構成されたＨＶ（ハイブリッド）システムを含んで構成されてもよい。例えば、被制御系２０は、上述した３入力３出力に限られず、任意の複数入力／任意の複数出力とされてもよい。ここで、被制御系２０への入力の数と、被制御系２０からの出力の数とはそれぞれ相違してもよい。また、被制御系２０は、１入力１出力の被制御系を複数組み合わせて構成されており、全体として多入力多出力の被制御系を構成していてもよい。 [Modification 3]
In the above embodiment, an example of the configuration of the controlled system 20a is shown. However, various modifications are possible for the configuration of the controlled system 20a. For example, the controlled system 20a may include, instead of the diesel engine 210 as an internal combustion engine, a gasoline engine, an engine powered by hydrogen, ammonia, natural gas, or the like. For example, the controlled system 20a may include an HV (hybrid) system configured by combining an internal combustion engine and a motor. For example, the controlled system 20 is not limited to having three inputs and three outputs as described above, but may have any multiple inputs/multiple outputs. Here, the number of inputs to the controlled system 20 and the number of outputs from the controlled system 20 may be different. The controlled system 20 is configured by combining a plurality of one-input, one-output controlled systems, and may constitute a multiple-input, multiple-output controlled system as a whole.

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。 The present aspect has been described above based on the embodiments and modifications, but the above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present aspect, and do not limit the present aspect. This aspect may be modified and modified without departing from the spirit and scope of the claims, and this aspect includes equivalents thereof. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

１…制御システム
１０…制御装置
１１…制御部
１２…モデル
１３…運転条件
２０，２０ａ…被制御系
２１…第１機能部品
２２…第２機能部品
２３…第３機能部品
２１０…ディーゼルエンジン
２２０…インタークーラ
２３０…エアクリーナ
２４０…コンプレッサ
２５０…過給機
２６０…タービン
２７０…クーラ
２８０…吸排気路
２９１…ディーゼルスロットル
２９２…ＥＧＲバルブ
２９３…可変ノズル
Ｊ…評価関数
ＳＶ１…ポンプ損失
ＳＶ２…ＥＧＲ率
ＳＶ３…吸気管圧力 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Control system 10... Control device 11... Control part 12... Model 13... Operating conditions 20, 20a... Controlled system 21... First functional component 22... Second functional component 23... Third functional component 210... Diesel engine 220... Intercooler 230 Air cleaner 240 Compressor 250 Supercharger 260 Turbine 270 Cooler 280 Intake and exhaust passage 291 Diesel throttle 292 EGR valve 293 Variable nozzle J Evaluation function SV1 Pump loss SV2 EGR rate SV3 intake pipe pressure

Claims (6)

複数の操作量が入力され、複数の状態量をそれぞれ出力する多入力多出力の被制御系であって、各前記状態量に対する各前記操作量の影響が互いに干渉した多入力多出力の被制御系において、前記被制御系が有する複数の機能部品に対する前記各操作量をそれぞれ制御する制御装置であって、
現時刻における、前記被制御系の前記各状態量に影響を与える運転条件、及び前記被制御系の前記各状態量と、各前記機能部品に対する前記各操作量とを用いて、次の時刻の前記被制御系の前記各状態量を予測するモデルと、
前記モデルを用いて、前記各状態量が予め設定された目標値にそれぞれ追従するように、前記各機能部品に対する前記各操作量をそれぞれ決定し、出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記モデルによって予測される前記各状態量と、対応する各前記目標値と、の偏差を評価関数として、前記評価関数が最小化するような現時刻の前記各操作量を、制御周期ごとにそれぞれ決定するものであり、
任意の契機で、現時刻の前記目標値の１つ以上に対して、１時刻前の情報を用いて前記モデルにより予測された現時刻の前記状態量を代入する、制御装置。 A multi-input multi-output controlled system in which a plurality of manipulated variables are input and a plurality of state quantities are respectively output, wherein the effects of the manipulated variables on the state quantities interfere with each other. In a system, a control device that controls each of the operation amounts for a plurality of functional components of the controlled system,
Using the operating conditions that affect the state quantities of the controlled system, the state quantities of the controlled system, and the manipulated variables for the functional components at the current time, a model for predicting each state quantity of the controlled system;
a control unit that uses the model to determine and output each of the manipulated variables for each of the functional components so that each of the state quantities follows a preset target value;
with
The control unit
Using the deviation between each state quantity predicted by the model and each corresponding target value as an evaluation function, each operation amount at the current time that minimizes the evaluation function is determined for each control cycle. to determine
A control device that substitutes the state quantity at the current time predicted by the model using information from one time earlier for one or more of the target values at the current time at an arbitrary trigger. 請求項１に記載の制御装置であって、
前記制御部は、前記契機が与えられない場合において、各前記目標値として、前記制御装置の外部から与えられた値を用いる、制御装置。 The control device according to claim 1,
The control device, wherein the control unit uses a value given from the outside of the control device as each of the target values when the trigger is not provided. 請求項１または請求項２に記載の制御装置であって、
前記制御部は、前記評価関数として、
現時刻から任意に設定された評価区間内における、前記各状態量と対応する各前記目標値との偏差の総和と、
現時刻から任意に設定された評価区間の終端における、前記各状態量と対応する各前記目標値との偏差と、のいずれか一方、もしくは両方を用いる、制御装置。 The control device according to claim 1 or claim 2,
The control unit, as the evaluation function,
a total sum of deviations between each of the state quantities and each of the corresponding target values within an arbitrarily set evaluation interval from the current time;
A control device that uses either one or both of the deviation between each state quantity and each corresponding target value at the end of an evaluation interval that is arbitrarily set from the current time. 複数の操作量が入力され、複数の状態量をそれぞれ出力する多入力多出力の被制御系であって、各前記状態量に対する各前記操作量の影響が互いに干渉した多入力多出力の被制御系において、前記被制御系が有する複数の機能部品に対する前記各操作量をそれぞれ制御する制御方法であって、情報処理装置が、
現時刻における、前記被制御系の前記各状態量に影響を与える運転条件、及び前記被制御系の前記各状態量と、各前記機能部品に対する前記各操作量とを用いて、次の時刻の前記被制御系の前記各状態量を予測する工程と、
前記モデルを用いて、前記各状態量が予め設定された目標値にそれぞれ追従するように、前記各機能部品に対する前記各操作量をそれぞれ決定し、出力する制御工程と、
を備え、
前記制御工程では、
前記モデルによって予測される前記各状態量と、対応する各前記目標値と、の偏差を評価関数として、前記評価関数が最小化するような現時刻の前記各操作量を、制御周期ごとにそれぞれ決定するものであり、
任意の契機で、現時刻の前記目標値の１つ以上に対して、１時刻前の情報を用いて前記モデルにより予測された現時刻の前記状態量を代入する、制御方法。 A multi-input multi-output controlled system in which a plurality of manipulated variables are input and a plurality of state quantities are respectively output, wherein the effects of the manipulated variables on the state quantities interfere with each other. In a system, a control method for controlling each of the operation amounts for a plurality of functional components of the controlled system, the information processing device comprising:
Using the operating conditions that affect the state quantities of the controlled system, the state quantities of the controlled system, and the manipulated variables for the functional components at the current time, predicting each state quantity of the controlled system;
a control step of determining and outputting each of the manipulated variables for each of the functional components using the model so that each of the state quantities follows a preset target value;
with
In the control step,
Using the deviation between each state quantity predicted by the model and each corresponding target value as an evaluation function, each operation amount at the current time that minimizes the evaluation function is determined for each control cycle. to determine
A control method, wherein the state quantity at the current time predicted by the model using information from one time earlier is substituted for one or more of the target values at the current time at an arbitrary trigger. 複数の操作量が入力され、複数の状態量をそれぞれ出力する多入力多出力の被制御系であって、各前記状態量に対する各前記操作量の影響が互いに干渉した多入力多出力の被制御系において、前記被制御系が有する複数の機能部品に対する前記各操作量をそれぞれ制御するコンピュータプログラムであって、情報処理装置に、
現時刻における、前記被制御系の前記各状態量に影響を与える運転条件、及び前記被制御系の前記各状態量と、各前記機能部品に対する前記各操作量とを用いて、次の時刻の前記被制御系の前記各状態量を予測する機能と、
前記モデルを用いて、前記各状態量が予め設定された目標値にそれぞれ追従するように、前記各機能部品に対する前記各操作量をそれぞれ決定し、出力する制御機能と、
を実行させ、
前記制御機能では、
前記モデルによって予測される前記各状態量と、対応する各前記目標値と、の偏差を評価関数として、前記評価関数が最小化するような現時刻の前記各操作量を、制御周期ごとにそれぞれ決定するものであり、
任意の契機で、現時刻の前記目標値の１つ以上に対して、１時刻前の情報を用いて前記モデルにより予測された現時刻の前記状態量を代入する、コンピュータプログラム。 A multi-input multi-output controlled system in which a plurality of manipulated variables are input and a plurality of state quantities are respectively output, wherein the effects of the manipulated variables on the state quantities interfere with each other. In a system, a computer program for controlling each of the operation amounts for a plurality of functional components of the controlled system, the information processing device comprising:
Using the operating conditions that affect the state quantities of the controlled system, the state quantities of the controlled system, and the manipulated variables for the functional components at the current time, a function of predicting each state quantity of the controlled system;
a control function that determines and outputs each of the manipulated variables for each of the functional parts so that each of the state quantities follows a preset target value using the model;
and
In the control function,
Using the deviation between each state quantity predicted by the model and each corresponding target value as an evaluation function, each operation amount at the current time that minimizes the evaluation function is determined for each control cycle. to determine
A computer program for substituting the state quantity at the current time predicted by the model using information from one time earlier for one or more of the target values at the current time at an arbitrary trigger. エンジンシステムであって、
内燃機関と、
前記内燃機関に設けられ、前記内燃機関の出力性能、排気性能、振動性能、及び騒音性能のうちの少なくともいずれかを調整可能な複数の機能部品と、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記各機能部品に対する前記各操作量をそれぞれ決定し、出力する、エンジンシステム。 an engine system,
an internal combustion engine;
a plurality of functional components provided in the internal combustion engine and capable of adjusting at least one of output performance, exhaust performance, vibration performance, and noise performance of the internal combustion engine;
A control device according to any one of claims 1 to 3;
with
The engine system, wherein the control device determines and outputs each of the manipulated variables for each of the functional components.
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