JPS6325177B2 - - Google Patents
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- JPS6325177B2 JPS6325177B2 JP57125882A JP12588282A JPS6325177B2 JP S6325177 B2 JPS6325177 B2 JP S6325177B2 JP 57125882 A JP57125882 A JP 57125882A JP 12588282 A JP12588282 A JP 12588282A JP S6325177 B2 JPS6325177 B2 JP S6325177B2
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- JP
- Japan
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- control
- amount
- internal combustion
- combustion engine
- rotation speed
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
- F02D31/001—Electric control of rotation speed
- F02D31/002—Electric control of rotation speed controlling air supply
- F02D31/003—Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(技術分野)
この発明は、内燃機関のアイドル時の回転速度
の制御方法に関し、より詳細には、従来一般的な
PID(比例積分微分)制御とは異なり、内燃機関
の内部状態を考慮して機関をダイナミツク(動
的)なシステムとして捕え、内部状態を規定する
状態変数によつて機関の動的な振舞いを推定しな
がら、機関の入力変数を決定する状態変数制御の
手法を用いて、アイドル回転速度を制御する方法
に関する。
の制御方法に関し、より詳細には、従来一般的な
PID(比例積分微分)制御とは異なり、内燃機関
の内部状態を考慮して機関をダイナミツク(動
的)なシステムとして捕え、内部状態を規定する
状態変数によつて機関の動的な振舞いを推定しな
がら、機関の入力変数を決定する状態変数制御の
手法を用いて、アイドル回転速度を制御する方法
に関する。
(従来技術)
従来の内燃機関におけるアイドル回転速度制御
方法としては、例えば第1図に示すようなものが
ある。アイドル回転速度制御用のAACバルブ1
は、VCMバルブ2の制御ソレノイド3の駆動パ
ルス幅PAをデユーテイ制御することによつてリ
フト量が変わり、スロツトルバルブ4のバイパス
5を通過するバイパス空気量が変化して、アイド
ル回転速度が制御される。
方法としては、例えば第1図に示すようなものが
ある。アイドル回転速度制御用のAACバルブ1
は、VCMバルブ2の制御ソレノイド3の駆動パ
ルス幅PAをデユーテイ制御することによつてリ
フト量が変わり、スロツトルバルブ4のバイパス
5を通過するバイパス空気量が変化して、アイド
ル回転速度が制御される。
コントロールユニツト6は、スロツトルバルブ
スイツチ7によるアイドル(IDLE)信号、ニユ
ートラルスイツチ8によるニユートラル
(NEUT)信号、車速センサ9による車速
(VSP)信号などによつて機関がアイドル状態に
あることを検知すると、水温センサ10による冷
却水温度(Tw)に応じた1次元テーブルルツク
アツプによつて、アイドル回転速度の基本目標値
を算出する。そして、エアコンスイツチ11によ
るエアコン(A/C)信号、ニユートラル
(NEUT)信号、バツテリ電圧(VB)信号などに
応じた補正を行なつて最終的に算出されたアイド
ル回転速度の目標値Nrに対し、機関の実際のア
イドル回転速度Nとその目標値Nrとの偏差SAが
小さくなるように制御ソレノイド3のパルス幅
PAを比例、積分(PI)のデユーテイ制御をして、
目標回転速度Nrにフイードバツク制御する。
スイツチ7によるアイドル(IDLE)信号、ニユ
ートラルスイツチ8によるニユートラル
(NEUT)信号、車速センサ9による車速
(VSP)信号などによつて機関がアイドル状態に
あることを検知すると、水温センサ10による冷
却水温度(Tw)に応じた1次元テーブルルツク
アツプによつて、アイドル回転速度の基本目標値
を算出する。そして、エアコンスイツチ11によ
るエアコン(A/C)信号、ニユートラル
(NEUT)信号、バツテリ電圧(VB)信号などに
応じた補正を行なつて最終的に算出されたアイド
ル回転速度の目標値Nrに対し、機関の実際のア
イドル回転速度Nとその目標値Nrとの偏差SAが
小さくなるように制御ソレノイド3のパルス幅
PAを比例、積分(PI)のデユーテイ制御をして、
目標回転速度Nrにフイードバツク制御する。
以上の制御方法を流れ図で示したのが、第2図
である。
である。
しかしながら、このような従来の内燃機関のア
イドル回転速度制御方法にあつては、機関、アク
チユエータおよびセンサの動特性を効果的に用い
たPI制御を行なつている訳ではなく、さらには、
制御手法としてのPI制御は多入出力システムに
対する制御には不向きなものとなつていた上、エ
アコン、パワステ、クラツチミート等の事前に予
測できる負荷、持続外乱が加わつている時も同じ
制御ゲインで制御を行なう構成となつていたた
め、機関が他の運転状態からアイドル状態に入る
時、またはアイドル状態から出る時、さらには
種々の負荷外乱が加わつた直後等の、機関がダイ
ナミツクな振舞いを呈する時には、制御追従性す
なわち過渡応答が悪いという問題があつた。ま
た、他の制御入力を加えて制御の自由度を上げ、
制御性を高めようとする時には、PI制御の手法
では適用が難しいという問題があつた。
イドル回転速度制御方法にあつては、機関、アク
チユエータおよびセンサの動特性を効果的に用い
たPI制御を行なつている訳ではなく、さらには、
制御手法としてのPI制御は多入出力システムに
対する制御には不向きなものとなつていた上、エ
アコン、パワステ、クラツチミート等の事前に予
測できる負荷、持続外乱が加わつている時も同じ
制御ゲインで制御を行なう構成となつていたた
め、機関が他の運転状態からアイドル状態に入る
時、またはアイドル状態から出る時、さらには
種々の負荷外乱が加わつた直後等の、機関がダイ
ナミツクな振舞いを呈する時には、制御追従性す
なわち過渡応答が悪いという問題があつた。ま
た、他の制御入力を加えて制御の自由度を上げ、
制御性を高めようとする時には、PI制御の手法
では適用が難しいという問題があつた。
(発明の目的)
この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、機関が他の運転状態からアイ
ドル状態へ入る時、またはアイドル状態から出る
時、さらには負荷外乱が加わつた直後等の、機関
がダイナミツクな振舞いを呈する時の制御追従性
すなわち過渡応答を最適にし、さらに、多数の制
御入力変数を加えて制御自由度を上げ、制御性を
高めることを容易にし、もつてより安定なアイド
ル回転速度制御を行なうことを目的とする。
てなされたもので、機関が他の運転状態からアイ
ドル状態へ入る時、またはアイドル状態から出る
時、さらには負荷外乱が加わつた直後等の、機関
がダイナミツクな振舞いを呈する時の制御追従性
すなわち過渡応答を最適にし、さらに、多数の制
御入力変数を加えて制御自由度を上げ、制御性を
高めることを容易にし、もつてより安定なアイド
ル回転速度制御を行なうことを目的とする。
(発明の構成および作用)
そこでこの発明は、内燃機関、アクチユエータ
およびセンサの動特性をモデル化したものをマイ
クロコンピユータ等からなるコントローラに記憶
しておき、空気量(もしくは相当量)、点火時期、
燃料供給量(もしくは相当量)および排気還流
(EGR)量(もしくは相当量)のうちのいずれか
1つまたは任意の2つ以上の組合せを制御入力と
し、かつアイドル回転速度を制御出力とし、制御
入力と制御出力から、ダイナミツクモデルである
内燃機関等の内部状態を代表する状態変数量を推
定し、その推定値とアイドル回転速度の目標値と
実際値の偏差の積分値とを用いて、制御入力値を
決定すると共に、事前に予測できる負荷、持続外
乱が加わつた時は、制御入力値を決定する最適ゲ
インを切り換えて、内燃機関ののアイドル回転速
度を目標値にフイードバツク制御することを特徴
とする。この制御手法は、従来一般的なPID制御
に代わり、多数の入出力変数を総合的に制御する
多変数制御の手法を用いるものである。
およびセンサの動特性をモデル化したものをマイ
クロコンピユータ等からなるコントローラに記憶
しておき、空気量(もしくは相当量)、点火時期、
燃料供給量(もしくは相当量)および排気還流
(EGR)量(もしくは相当量)のうちのいずれか
1つまたは任意の2つ以上の組合せを制御入力と
し、かつアイドル回転速度を制御出力とし、制御
入力と制御出力から、ダイナミツクモデルである
内燃機関等の内部状態を代表する状態変数量を推
定し、その推定値とアイドル回転速度の目標値と
実際値の偏差の積分値とを用いて、制御入力値を
決定すると共に、事前に予測できる負荷、持続外
乱が加わつた時は、制御入力値を決定する最適ゲ
インを切り換えて、内燃機関ののアイドル回転速
度を目標値にフイードバツク制御することを特徴
とする。この制御手法は、従来一般的なPID制御
に代わり、多数の入出力変数を総合的に制御する
多変数制御の手法を用いるものである。
以下、この発明を図面に基づいて説明する。
第3図は、この発明による内燃機関のアイドル
回転速度制御方法の一実施例を実現する装置の構
成図である。
回転速度制御方法の一実施例を実現する装置の構
成図である。
同図において、12は制御対象である内燃機関
で、アイドル回転速度制御の他、空燃比フイード
バツク制御を含む燃料噴射制御その他を行なつて
いる。制御対象12の制御出力をアイドル回転速
度とした場合、制御入力としては、バイパス空気
量、点火時期、燃料供給量および排気還流量のう
ちのいずれか1つまたは任意の2つ以上の組合せ
をとり得る。本実施例では、2制御入力として、
アイドル時のバイパス空気量を調整するための
VCMバルブ2の制御ソレノイド(第1図)を駆
動するパルス幅PA(すなわちバイパス空気量に相
当する量)と点火時期ITとをとる。制御出力は
アイドル回転速度Nで、1出力である。
で、アイドル回転速度制御の他、空燃比フイード
バツク制御を含む燃料噴射制御その他を行なつて
いる。制御対象12の制御出力をアイドル回転速
度とした場合、制御入力としては、バイパス空気
量、点火時期、燃料供給量および排気還流量のう
ちのいずれか1つまたは任意の2つ以上の組合せ
をとり得る。本実施例では、2制御入力として、
アイドル時のバイパス空気量を調整するための
VCMバルブ2の制御ソレノイド(第1図)を駆
動するパルス幅PA(すなわちバイパス空気量に相
当する量)と点火時期ITとをとる。制御出力は
アイドル回転速度Nで、1出力である。
13は、制御対象である機関12のダイナミツ
クモデルを記憶していて、上記3つの制御入出力
情報PA,PT,Nから機関のダイナミツクな内部
状態を推定する状態観測器(オブザーバ)であ
り、内部状態を代表する状態変数量x(例えば4
つの量x1,x2,x3,x4のベクトル表示)の推定値
xを計算する。
クモデルを記憶していて、上記3つの制御入出力
情報PA,PT,Nから機関のダイナミツクな内部
状態を推定する状態観測器(オブザーバ)であ
り、内部状態を代表する状態変数量x(例えば4
つの量x1,x2,x3,x4のベクトル表示)の推定値
xを計算する。
状態観測器13は制御対象である機関をシミユ
レーシヨンするもので、ダイナミツクな内部状態
を状態変数x(n次のベクトルx1〜xo)で代表す
る。制御対象である機関12の内部状態を表わす
状態変数は、具体的には例えばインテークマニホ
ールドの絶対圧や吸入負圧、実際にシリンダに吸
入された空気量、燃焼の動的挙動、機関トルク等
が挙げられる。これらの値をセンサにより検出で
きれば、その検出値を用いることによつて動的な
振舞いを把握し、制御に用いることによつて制御
をより精密に行なうことができる。しかしながら
現時点ではそれらの値を検出できる実用的センサ
はあまり存在しない。そこで機関の内部状態を状
態変数xで代表させるが、但し状態変数xは実際
の内部状態を表わす種々の物理量に対応させる必
要はなく、全体として機関をシミユレーシヨンさ
せるものである。状態変数xの次数nは、nが大
きい程シミユレーシヨンが精確になるが、反面計
算が複雑になる。そこでモデルとしては、低近似
されたものを使用し、近似誤差または機関個体差
による誤差を積分動作で吸収する。この発明にお
ける2入力1出力の場合には、n=4程度が適当
である。
レーシヨンするもので、ダイナミツクな内部状態
を状態変数x(n次のベクトルx1〜xo)で代表す
る。制御対象である機関12の内部状態を表わす
状態変数は、具体的には例えばインテークマニホ
ールドの絶対圧や吸入負圧、実際にシリンダに吸
入された空気量、燃焼の動的挙動、機関トルク等
が挙げられる。これらの値をセンサにより検出で
きれば、その検出値を用いることによつて動的な
振舞いを把握し、制御に用いることによつて制御
をより精密に行なうことができる。しかしながら
現時点ではそれらの値を検出できる実用的センサ
はあまり存在しない。そこで機関の内部状態を状
態変数xで代表させるが、但し状態変数xは実際
の内部状態を表わす種々の物理量に対応させる必
要はなく、全体として機関をシミユレーシヨンさ
せるものである。状態変数xの次数nは、nが大
きい程シミユレーシヨンが精確になるが、反面計
算が複雑になる。そこでモデルとしては、低近似
されたものを使用し、近似誤差または機関個体差
による誤差を積分動作で吸収する。この発明にお
ける2入力1出力の場合には、n=4程度が適当
である。
第3図において、14は積分動作とゲインブロ
ツクで、機関回転速度の指定された目標値Nrと
実際値Nとの偏差SAを積分した量および状態観
測器13で計算された状態変数量xから、2つの
制御入力PAとITの値を計算する(第5図参照)。
そして、上記状態観測器13と積分動作とゲイン
ブロツク14とでコントローラを構成する。
ツクで、機関回転速度の指定された目標値Nrと
実際値Nとの偏差SAを積分した量および状態観
測器13で計算された状態変数量xから、2つの
制御入力PAとITの値を計算する(第5図参照)。
そして、上記状態観測器13と積分動作とゲイン
ブロツク14とでコントローラを構成する。
次に作用を説明する。
制御対象である機関12は2入力1出力システ
ムで、この入出力間の回転同期サンプル値系のあ
る基準設定値近辺で求められた線形近似された伝
達関数行列T(z)から、制御対象12のダイナ
ミツクな内部状態を推定することが可能である。
その1つの手法として状態観測器13がある。ア
イドル回転速度近辺の運転条件で、制御対象12
の伝達関数行列T(z)が実際的に求まり、 T(z)=〔T1(z) T2(z)〕 (1) となる。但し、zは入出力信号のサンプル値のz
―変換を示し、T1(z)とT2(z)は例えばzの
2次伝達関数である。
ムで、この入出力間の回転同期サンプル値系のあ
る基準設定値近辺で求められた線形近似された伝
達関数行列T(z)から、制御対象12のダイナ
ミツクな内部状態を推定することが可能である。
その1つの手法として状態観測器13がある。ア
イドル回転速度近辺の運転条件で、制御対象12
の伝達関数行列T(z)が実際的に求まり、 T(z)=〔T1(z) T2(z)〕 (1) となる。但し、zは入出力信号のサンプル値のz
―変換を示し、T1(z)とT2(z)は例えばzの
2次伝達関数である。
入力、出力および伝達関数T1(z),T2(z)の
関係を示す制御対象(機関)12のモデル構造を
第4図に示す。但し、入出力はそれぞれ基準設定
値からのズレδPA,δIT,δNを用いている。
関係を示す制御対象(機関)12のモデル構造を
第4図に示す。但し、入出力はそれぞれ基準設定
値からのズレδPA,δIT,δNを用いている。
この伝達関数行列T(z)から、次の様に状態
観測器13を構成することができる。
観測器13を構成することができる。
先ず、T(z)から機関の動的な振舞いを記述
する状態変数モデル x(n)=Ax(n−1)+Bu(n−1) (2) y(n−1)=Cx(n−1) (3) を導く。ここで、各量のカツコ内の(n)は現時
点を、また(n−1)は1つ前のサンプル時点を
表わす。u(n−1)は制御入力ベクトルで、あ
る基準設定値からの線形近似が成り立つ範囲内で
の摂動分を表わす、制御ソレノイド3のパルス幅
δPA(n−1)と点火時期δITを要素とする。すな
わち、 u(n−1)= δPA(n−1) δIT(n−1) (4) また、y(n−1)は制御出力で、制御入力ベ
クトルと同様に、ある基準回転速度Na(例えば
650rpm)からの摂動分を表わすδN(n−1)を
要素とする。すなわち、 y(n−1)=δN(n−1) (5) x(・)は状態変数ベクトルであり、行列A,
B,Cは伝達関数行列T(z)の係数から決まる
定数行列である。
する状態変数モデル x(n)=Ax(n−1)+Bu(n−1) (2) y(n−1)=Cx(n−1) (3) を導く。ここで、各量のカツコ内の(n)は現時
点を、また(n−1)は1つ前のサンプル時点を
表わす。u(n−1)は制御入力ベクトルで、あ
る基準設定値からの線形近似が成り立つ範囲内で
の摂動分を表わす、制御ソレノイド3のパルス幅
δPA(n−1)と点火時期δITを要素とする。すな
わち、 u(n−1)= δPA(n−1) δIT(n−1) (4) また、y(n−1)は制御出力で、制御入力ベ
クトルと同様に、ある基準回転速度Na(例えば
650rpm)からの摂動分を表わすδN(n−1)を
要素とする。すなわち、 y(n−1)=δN(n−1) (5) x(・)は状態変数ベクトルであり、行列A,
B,Cは伝達関数行列T(z)の係数から決まる
定数行列である。
ここで、次のようなアルゴリズムを持つ状態観
測器を構成する。
測器を構成する。
x^=(A−GC)x^(n−1)
+Bu(n−1)+Gy(n−1) (6)
ここに、Gは任意に与えられる行列で、x^(・)
は機関12の内部状態変数x(・)の推定値であ
る。(2)(3)(6)式より変形すると、 〔x(n)−x^(n)〕 =(A−GC)〔x(n−1)−x^(n−1)〕
(7) となり、行列(A−GC)の固有値が単位円内に
あるようにGを選べば、 n→大で x^(n)→x(n) (8) となり、内部状態変数量x(n)を入力u(・)と
出力y(・)から推定することができる。また、
行列Gを適当に選び、行列(A−GC)の固有値
を全て零にすることも可能で、この時状態観測器
13は有限整定状態観測器となる。
は機関12の内部状態変数x(・)の推定値であ
る。(2)(3)(6)式より変形すると、 〔x(n)−x^(n)〕 =(A−GC)〔x(n−1)−x^(n−1)〕
(7) となり、行列(A−GC)の固有値が単位円内に
あるようにGを選べば、 n→大で x^(n)→x(n) (8) となり、内部状態変数量x(n)を入力u(・)と
出力y(・)から推定することができる。また、
行列Gを適当に選び、行列(A−GC)の固有値
を全て零にすることも可能で、この時状態観測器
13は有限整定状態観測器となる。
このようにして推定された状態変数x^(・)と、
目標回転速度Nrと現在の実際の回転速度N(・)
との偏差SA=(Nr−N(・))の情報を用いて、
制御入力である制御ソレノイド3の駆動パルス幅
の基準設定値(PA)aからの線形近似が成り立つ範
囲内での増量分δPA(・)と、点火時期の基準設
定値からの線形近似が成り立つ範囲内での増量分
δIT(・)を決定し、機関のアイドル回転速度N
の最適レギユレータ制御を行う。レギユレータ制
御とは、アイドル回転速度Nを一定値である目標
回転速度Nrに合致するように制御する定値制御
を意味する。尚本発明では、前述した様に実験的
に求めたモデルが低次元化された近似モデルであ
る為、その近次誤差を吸収する為のI(積分)動
作を付加しているが、ここではI動作を含めての
最適レギユレータ制御を行う。
目標回転速度Nrと現在の実際の回転速度N(・)
との偏差SA=(Nr−N(・))の情報を用いて、
制御入力である制御ソレノイド3の駆動パルス幅
の基準設定値(PA)aからの線形近似が成り立つ範
囲内での増量分δPA(・)と、点火時期の基準設
定値からの線形近似が成り立つ範囲内での増量分
δIT(・)を決定し、機関のアイドル回転速度N
の最適レギユレータ制御を行う。レギユレータ制
御とは、アイドル回転速度Nを一定値である目標
回転速度Nrに合致するように制御する定値制御
を意味する。尚本発明では、前述した様に実験的
に求めたモデルが低次元化された近似モデルであ
る為、その近次誤差を吸収する為のI(積分)動
作を付加しているが、ここではI動作を含めての
最適レギユレータ制御を行う。
この発明の制御対象である機関は、前述したよ
うに2入力1出力システムであり、これを最適に
レギユレータ制御するものであるが、一般的な多
変数システムの最適レギユレータ制御アルゴリズ
ムは、例えば古田勝久著「線形システム制御理
論」(昭和51年)昭晃堂その他に説明されている
ので、ここでは詳細な説明は省略する。結果のみ
を記述すると、いま、 δu(n)=u(n)−u(n−1) (9) δe(n)=Nr−N(n) (10) とし、評価関数Jを、 J=∞ 〓K=0 〔δe(k)2+δut(k)Rδu(k)〕 (11) とする。ここでRは重みパラメータ行列、tは転
置を示す。kは制御開始時点を0とするサンプル
回数で、(11)式の右辺第2項は(9)式の2乗(Rを対
角行列とすると)を表わす。又(11)式の第2項を、
(9)式のような制御入力の差分の2次形式としてい
るが、これは第5図の様にI動作を付加したため
である。(11)式の評価関数Jを最小とする最適制御
入力u*(k)は、 となる。(12)式で K=−(R+tP)-1 tP (13) とおくと、Kは最適ゲイン行列である。また(12)式
において であり、Pは、 のリカツテイ(Riccati)方程式の解である。
うに2入力1出力システムであり、これを最適に
レギユレータ制御するものであるが、一般的な多
変数システムの最適レギユレータ制御アルゴリズ
ムは、例えば古田勝久著「線形システム制御理
論」(昭和51年)昭晃堂その他に説明されている
ので、ここでは詳細な説明は省略する。結果のみ
を記述すると、いま、 δu(n)=u(n)−u(n−1) (9) δe(n)=Nr−N(n) (10) とし、評価関数Jを、 J=∞ 〓K=0 〔δe(k)2+δut(k)Rδu(k)〕 (11) とする。ここでRは重みパラメータ行列、tは転
置を示す。kは制御開始時点を0とするサンプル
回数で、(11)式の右辺第2項は(9)式の2乗(Rを対
角行列とすると)を表わす。又(11)式の第2項を、
(9)式のような制御入力の差分の2次形式としてい
るが、これは第5図の様にI動作を付加したため
である。(11)式の評価関数Jを最小とする最適制御
入力u*(k)は、 となる。(12)式で K=−(R+tP)-1 tP (13) とおくと、Kは最適ゲイン行列である。また(12)式
において であり、Pは、 のリカツテイ(Riccati)方程式の解である。
(11)式の評価関数Jの意味は、制御入力u(・)
の動きを制約しつつ、制御出力y(・)であるア
イドル回転速度Nの目標値Nrからの偏差SA(回
転変動)を最小にしようと意図したもので、その
制約の重みづけは重みパラメータ行列Rで変える
ことができる。従つて、適当なRを選択し、アイ
ドル時の機関のダイナミツクモデル(状態変数モ
デル)を用い、(16)式を解いたPを用いて計算
した(13)式の最適ゲイン行列Kをマイクロコン
ピユータに記憶し、アイドル回転速度の目標値
Nrと実際値Nの偏差SAの積分値および推定され
た状態変数x^(k)から、(12)式によつて最適制御入力
値u*(k)を簡単に決定することができる。また前
述したように、機関のダイナミツクな状態変数の
推定値x(k)を求めるには、行列A,B,C,Gの
値をマイクロコンピユータに記憶しておき、(6)式
により計算すればよい。
の動きを制約しつつ、制御出力y(・)であるア
イドル回転速度Nの目標値Nrからの偏差SA(回
転変動)を最小にしようと意図したもので、その
制約の重みづけは重みパラメータ行列Rで変える
ことができる。従つて、適当なRを選択し、アイ
ドル時の機関のダイナミツクモデル(状態変数モ
デル)を用い、(16)式を解いたPを用いて計算
した(13)式の最適ゲイン行列Kをマイクロコン
ピユータに記憶し、アイドル回転速度の目標値
Nrと実際値Nの偏差SAの積分値および推定され
た状態変数x^(k)から、(12)式によつて最適制御入力
値u*(k)を簡単に決定することができる。また前
述したように、機関のダイナミツクな状態変数の
推定値x(k)を求めるには、行列A,B,C,Gの
値をマイクロコンピユータに記憶しておき、(6)式
により計算すればよい。
この発明の特徴は、上述した制御において、負
荷、持続外乱が加わつた時に、制御入力値を決定
する最適ゲインを切り換えて制御することにあ
る。
荷、持続外乱が加わつた時に、制御入力値を決定
する最適ゲインを切り換えて制御することにあ
る。
ここで、エアコン、パワステ、クラツチ等のス
イツチを有するものの負荷、持続外乱というの
は、外乱が加わり始めたことをフイードフオワー
ド情報として検知できるものである。また、この
ような負荷、持続外乱が加わつた時の最適サーボ
制御ゲインKは、このような負荷、持続外乱が無
い場合の一般の外乱(例えば機関の失火等)に対
して制御性の良い(13)式の最適ゲインKとは異
なる傾向がある。例えば第6図aはあるゲイン
K1において、エアコンが入つた時のサーボ制御
A1と一般の定常時の外乱が加わつた時の制御B1
を行なつた場合、第6図bは別のゲインK2にお
いて、同じくエアコンが入つた時のサーボ制御
A2と一般の定常時の外乱が加わつた時の制御B2
を行つた場合を示す。第6図aのA0はエアコン
が入つた時のアイドル回転制御の目標値を示す。
第6図aとbを比較検討すると、エアコンが入つ
た時のサーボ制御は第6図bの方が良い制御性を
示し、他方、一般の定常時の外乱が加わつた時の
制御は第6図aの方が良い。これはそれぞれの外
乱で制御性の良いゲインKが異なることを示す。
従つて、定常時エアコンが入つていない時はゲイ
ンK1で、またエアコンが入つた時はゲインK2に
切り換えてそれぞれ制御を行なうことで、より制
御性を高めることができる。
イツチを有するものの負荷、持続外乱というの
は、外乱が加わり始めたことをフイードフオワー
ド情報として検知できるものである。また、この
ような負荷、持続外乱が加わつた時の最適サーボ
制御ゲインKは、このような負荷、持続外乱が無
い場合の一般の外乱(例えば機関の失火等)に対
して制御性の良い(13)式の最適ゲインKとは異
なる傾向がある。例えば第6図aはあるゲイン
K1において、エアコンが入つた時のサーボ制御
A1と一般の定常時の外乱が加わつた時の制御B1
を行なつた場合、第6図bは別のゲインK2にお
いて、同じくエアコンが入つた時のサーボ制御
A2と一般の定常時の外乱が加わつた時の制御B2
を行つた場合を示す。第6図aのA0はエアコン
が入つた時のアイドル回転制御の目標値を示す。
第6図aとbを比較検討すると、エアコンが入つ
た時のサーボ制御は第6図bの方が良い制御性を
示し、他方、一般の定常時の外乱が加わつた時の
制御は第6図aの方が良い。これはそれぞれの外
乱で制御性の良いゲインKが異なることを示す。
従つて、定常時エアコンが入つていない時はゲイ
ンK1で、またエアコンが入つた時はゲインK2に
切り換えてそれぞれ制御を行なうことで、より制
御性を高めることができる。
第7図a,bはパワステ外乱が加わつた時のア
イドル回転速度の制御の状態を示し、第7図aは
ゲインK1、第7図bはゲインK2であり、図中C
点はパワステすえ切り時点を示す。第7図bのゲ
インK2の方が、パワステ外乱に対する制御性が
良いことがわかる。
イドル回転速度の制御の状態を示し、第7図aは
ゲインK1、第7図bはゲインK2であり、図中C
点はパワステすえ切り時点を示す。第7図bのゲ
インK2の方が、パワステ外乱に対する制御性が
良いことがわかる。
さらに第8図a,bはクラツチミート時および
クラツチオフ時のアイドル回転速度の制御の状態
を示し、第8図aはゲインK1、第8図bはゲイ
ンK2であり、図中D1点はクラツチミート時、D2
点はクラツチオフ時をそれぞれ示す。第8図bの
ゲインK2の方が、クラツチ外乱に対する制御性
が良いことがわかる。
クラツチオフ時のアイドル回転速度の制御の状態
を示し、第8図aはゲインK1、第8図bはゲイ
ンK2であり、図中D1点はクラツチミート時、D2
点はクラツチオフ時をそれぞれ示す。第8図bの
ゲインK2の方が、クラツチ外乱に対する制御性
が良いことがわかる。
以上のアイドル回転速度制御の手順を示したの
が、第9図である。手順を説明すると、ステツプ
30ではエアコンのオン―オフ状態、水温Twの
値等によりアイドル回転速度の目標値Nrを決定
する。ステツプ31ではエアコン、パワステ、ク
ラツチ等事前に予測できる外乱が入つたかどうか
を判断し、外乱がない場合は、ステツプ32でそ
の場合の最適ゲインをkijとして決定する。外乱
が入つた場合は、ステツプ33でその外乱に応じ
た最適ゲインkijをテーブルルツクアツプ等によ
り決定する。ステツプ34ではステツプ30で決
まつた目標回転速度Nrと実際の回転速度Nとの
偏差SAを計算する。ステツプ35では、制御を
始めてから前の周期までの回転速度の偏差SAを
加算していて、結果をDUNというレジスタに移
す。ステツプ36では、回転速度の実際値Nの基
準設定値Na(例えば650rpm)からのズレδNを計
算する。ステツプ37では、前の制御周期で推定
された機関のダイナミツクな内部状態を表わす状
態変数量x1 *〜x3 *(前回計算値)と、計算された
制御入力値δPAおよびδITと、さらに制御出力値
であるδNとを重みづけ加算して各状態変数量x1
〜x4を計算する。但し(6)式の行列(A―GC)は、 の形で、有限整定オブザーバを形成した例であ
る。尚、(A,B,C)は可観測正準形を用いて
いる。
が、第9図である。手順を説明すると、ステツプ
30ではエアコンのオン―オフ状態、水温Twの
値等によりアイドル回転速度の目標値Nrを決定
する。ステツプ31ではエアコン、パワステ、ク
ラツチ等事前に予測できる外乱が入つたかどうか
を判断し、外乱がない場合は、ステツプ32でそ
の場合の最適ゲインをkijとして決定する。外乱
が入つた場合は、ステツプ33でその外乱に応じ
た最適ゲインkijをテーブルルツクアツプ等によ
り決定する。ステツプ34ではステツプ30で決
まつた目標回転速度Nrと実際の回転速度Nとの
偏差SAを計算する。ステツプ35では、制御を
始めてから前の周期までの回転速度の偏差SAを
加算していて、結果をDUNというレジスタに移
す。ステツプ36では、回転速度の実際値Nの基
準設定値Na(例えば650rpm)からのズレδNを計
算する。ステツプ37では、前の制御周期で推定
された機関のダイナミツクな内部状態を表わす状
態変数量x1 *〜x3 *(前回計算値)と、計算された
制御入力値δPAおよびδITと、さらに制御出力値
であるδNとを重みづけ加算して各状態変数量x1
〜x4を計算する。但し(6)式の行列(A―GC)は、 の形で、有限整定オブザーバを形成した例であ
る。尚、(A,B,C)は可観測正準形を用いて
いる。
ステツプ38では、推定された機関のダイナミ
ツクな内部状態変数量x1〜x4とDUNに、外乱が
ない場合と、事前に予測できるエアコン、パワス
テ、クラツチ等のオン、オフによる外乱がある場
合とに分けて決定した最適ゲインKの要素kijを
乗じて加算し、基準設定値(PA)aおよびITaに対
し制御入力値をどれだけ増量するかを計算する。
ツクな内部状態変数量x1〜x4とDUNに、外乱が
ない場合と、事前に予測できるエアコン、パワス
テ、クラツチ等のオン、オフによる外乱がある場
合とに分けて決定した最適ゲインKの要素kijを
乗じて加算し、基準設定値(PA)aおよびITaに対
し制御入力値をどれだけ増量するかを計算する。
第9図の係数bij,gi,kij等は予め求めておい
て、マイクロコンピユータ等に記憶しておく。
て、マイクロコンピユータ等に記憶しておく。
前述したように、この発明における内燃機関の
制御出力をアイドル回転速度とした時に、制御入
力としては、空気量(または相当量)、点火時期、
燃料供給量(または相当量)および排気還流量
(または相当量)のいずれか1つまたは任意の2
つ以上の組合せを用いることができ、上述の実施
例では、バイパス空気量の相当量であるVCMバ
ルブの制御ソレノイドのパルス幅と点火時期とを
制御入力とする場合について説明した。
制御出力をアイドル回転速度とした時に、制御入
力としては、空気量(または相当量)、点火時期、
燃料供給量(または相当量)および排気還流量
(または相当量)のいずれか1つまたは任意の2
つ以上の組合せを用いることができ、上述の実施
例では、バイパス空気量の相当量であるVCMバ
ルブの制御ソレノイドのパルス幅と点火時期とを
制御入力とする場合について説明した。
(発明の効果)
以上説明したように、この発明によれば、内燃
機関のダイナミツクなモデルに基づく多変数制御
手法を適用してアイドル回転制御を行ない、しか
も内燃機関のダイナミツクな状態を推定する手順
を付加し、尚かつ、オブザーバ内のエンジンモデ
ルを低次元化したものを用い計算時間を短縮し、
その近似誤差分は、積分動作で吸収する様にした
ため、アイドル状態で問題となる失火外乱や負荷
外乱などの外乱に対する制御過渡応答を最適にで
き、しかも制御自由度を上げ制御性を高めるため
に多変数制御入力を加えて制御することも容易で
あり、より安定なアイドル回転速度制御が実現で
きるという効果が得られる。
機関のダイナミツクなモデルに基づく多変数制御
手法を適用してアイドル回転制御を行ない、しか
も内燃機関のダイナミツクな状態を推定する手順
を付加し、尚かつ、オブザーバ内のエンジンモデ
ルを低次元化したものを用い計算時間を短縮し、
その近似誤差分は、積分動作で吸収する様にした
ため、アイドル状態で問題となる失火外乱や負荷
外乱などの外乱に対する制御過渡応答を最適にで
き、しかも制御自由度を上げ制御性を高めるため
に多変数制御入力を加えて制御することも容易で
あり、より安定なアイドル回転速度制御が実現で
きるという効果が得られる。
そして特に、エアコン、パワステ、クラツチ等
のON,OFFスイツチを有する場合、事前に予測
できる持続外乱の印加により最適ゲインを切り換
えるようにしたため、そられの事前に予測できる
持続外乱が印加された時もより安定なアイドル運
転が実現できるという効果が得られる。
のON,OFFスイツチを有する場合、事前に予測
できる持続外乱の印加により最適ゲインを切り換
えるようにしたため、そられの事前に予測できる
持続外乱が印加された時もより安定なアイドル運
転が実現できるという効果が得られる。
第1図は従来の内燃機関のアイドル回転速度制
御装置の構成図、第2図は従来のアイドル回転速
度制御方法を示すフローチヤート、第3図はこの
発明による内燃機関のアイドル回転速度制御方法
を実現する制御装置の構成図、第4図は第3図の
制御入出力と機関の関係を示すブロツク図、第5
図は、積分+ゲインブロツクの詳細を示す図、第
6図a,bは異なつた最適ゲインに対してエアコ
ン外乱と一般外乱が加わつた時のアイドル回転速
度の状態を示す図、第7図a,bは異なつた最適
ゲインに対してパワステ外乱が加わつた時のアイ
ドル回転速度の状態を示す図、第8図a,bは異
なつた最適ゲインに対してクラツチ外乱が加わつ
た時のアイドル回転速度の状態を示す図、第9図
はこの発明による制御方法を説明するフローチヤ
ートである。 1……AACバルブ、2……VCMバルブ、3…
…制御ソレノイド、4……スロツトルバルブ、5
……バイパス、7……スロツトルバルブスイツ
チ、8……ニユートラルスイツチ、10……水温
センサ、11……エアコンスイツチ、12……内
燃機関(制御対象)、13……状態観測器、14
……コントローラ、Nr……アイドル回転速度の
目標値、N……アイドル回転速度の実際値、Na
……アイドル回転速度の基準設定値、SA……ア
イドル回転速度の目標値と実際値の偏差、PA…
…バイパス空気量を規定する制御ソレノイドの駆
動パルス幅、IT……点火時期、xi……状態変数
量、xi……状態変数の推定量。
御装置の構成図、第2図は従来のアイドル回転速
度制御方法を示すフローチヤート、第3図はこの
発明による内燃機関のアイドル回転速度制御方法
を実現する制御装置の構成図、第4図は第3図の
制御入出力と機関の関係を示すブロツク図、第5
図は、積分+ゲインブロツクの詳細を示す図、第
6図a,bは異なつた最適ゲインに対してエアコ
ン外乱と一般外乱が加わつた時のアイドル回転速
度の状態を示す図、第7図a,bは異なつた最適
ゲインに対してパワステ外乱が加わつた時のアイ
ドル回転速度の状態を示す図、第8図a,bは異
なつた最適ゲインに対してクラツチ外乱が加わつ
た時のアイドル回転速度の状態を示す図、第9図
はこの発明による制御方法を説明するフローチヤ
ートである。 1……AACバルブ、2……VCMバルブ、3…
…制御ソレノイド、4……スロツトルバルブ、5
……バイパス、7……スロツトルバルブスイツ
チ、8……ニユートラルスイツチ、10……水温
センサ、11……エアコンスイツチ、12……内
燃機関(制御対象)、13……状態観測器、14
……コントローラ、Nr……アイドル回転速度の
目標値、N……アイドル回転速度の実際値、Na
……アイドル回転速度の基準設定値、SA……ア
イドル回転速度の目標値と実際値の偏差、PA…
…バイパス空気量を規定する制御ソレノイドの駆
動パルス幅、IT……点火時期、xi……状態変数
量、xi……状態変数の推定量。
Claims (1)
- 1 内燃機関のアイドル時に、アイドル回転速度
の目標値Nrと実際値Nの偏差SAに基づいて、ア
イドル回転速度をフイードバツク制御する方法に
おいて、コントローラに記憶された前記内燃機関
のダイナミツクモデルに基づき、前記内燃機関の
制御入力値である該内燃機関に供給される空気量
もしくは該空気量に相当する量および該内燃機関
の点火時期および該内燃機関への燃料供給量もし
くは該燃料供給量に相当する量および排気還流量
もしくは排気還流量に相当する量から選択される
いずれか1つまたは任意の2つ以上の組合せと、
該内燃機関の制御出力値であるアイドル回転速度
とから、該内燃機関のダイナミツクな内部状態を
代表する適当な次数の状態変数量xi(i=1,2,
……n)を推定し、該推定された状態変数量x^i
(i=1,2,…n)と前記回転速度の偏差SAを
積分した量とから、制御入力値を決定し、さら
に、事前に予測できる負荷、持続外乱が加わつた
時は、制御入力値を決定する最適ゲインを切り換
えて制御することを特徴とする内燃機関のアイド
ル回転速度制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57125882A JPS5918254A (ja) | 1982-07-21 | 1982-07-21 | 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57125882A JPS5918254A (ja) | 1982-07-21 | 1982-07-21 | 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5918254A JPS5918254A (ja) | 1984-01-30 |
JPS6325177B2 true JPS6325177B2 (ja) | 1988-05-24 |
Family
ID=14921253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57125882A Granted JPS5918254A (ja) | 1982-07-21 | 1982-07-21 | 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5918254A (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5965540A (ja) * | 1982-10-07 | 1984-04-13 | Mazda Motor Corp | エンジンのアイドル回転制御装置 |
US4708111A (en) * | 1984-09-19 | 1987-11-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Electronically controlled fuel injection based on minimum time control for diesel engines |
JP2528818B2 (ja) * | 1985-09-27 | 1996-08-28 | 株式会社日立製作所 | アイドル回転数の適応制御装置 |
CA1268738A (en) * | 1985-12-18 | 1990-05-08 | Hideyuki Takahashi | Continuous package train of deoxidizing agent and apparatus for severing packages |
JPH0634596Y2 (ja) * | 1986-04-25 | 1994-09-07 | マツダ株式会社 | エンジンのアイドル回転数制御装置 |
JPH076476B2 (ja) * | 1986-05-23 | 1995-01-30 | 株式会社日立製作所 | 内燃機関の点火時期制御装置 |
-
1982
- 1982-07-21 JP JP57125882A patent/JPS5918254A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5918254A (ja) | 1984-01-30 |
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