KR0174018B1 - 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은 공회전 속도제어 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로 흡입 공기량 센싱부(21)와 엔진 회전수 센싱부(22)와 냉각수온 센싱부(23)와 드로틀 위치 센싱부(24)와 흡기온 센싱부(25)의 출력신호가 엔진 제어장치(27)에 입력되고, 상기 엔진 제어장치(27)의 출력단에는 액튜에이터(28)와 엔진(29)이 연결되도록 구성하고,
보정듀티(DUTCOR)를 계산함에 있어서는
로 표현되는 비례적미분 제어를 적용하여 액튜에이터(28)에서 엔진(29)에 전달되는 흡입공기량이 제어되도록 함으로써, 정상상태의 오차를 줄이고 공회전 속도제어의 응답성을 향상시켜 운전성능을 개선하는 효과를 갖는 비례적분미분 제어를 적용한 공회전속도제어 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 장치 및 그 제어방법
제1도는 종래의 비례적분 제어를 적용한 공회전 속도제어 계통도이고,
제2도는 이 발명의 실시예에 따른 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 장치의 구성 블록도이고,
제3도는 이 발명의 실시예에 따른 비례적 분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 방법의 순서도이고,
제4도는 이 발명의 실시예에 따른 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 계통도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 흡입 공기량 센싱부 22 : 엔진 회전수 센싱부
23 : 냉각 수온 센싱부 24 : 드로틀 위치 센싱부
25 : 흡기온 센싱부 26 : 점화 스위치
27 : 엔진 제어장치 28 : 액튜에이터
29 : 엔진
이 발명은 공회전 속도제어 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로 더욱 상세하게 말하자면 공회전 속도제어에 있어 피드백 제어기로 비례적분 제어를 적용하던 종래의 내연기관 공회전 속도제어 시스템에 비례적분미분 제어를 적용하여 공회전 속도제어의 응답성을 향상시킴으로써 차량의 주행성능을 개선시키도록 하는 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
내연기관에 있어 공회전 속도제어란 엔진의 공회전 상태에서 요구되는 최적의 엔진 회전수를 목표 엔진 회전수로 설정하고, 상기 목표 엔진 회전수를 유지하기 위해 현재 엔진 회전수를 피드백 받아 제어하는 일련의 과정이다.
상기에 있어서, 목표 엔진 회전수는 엔진에서 감지된 현재 엔진 회전수와 흡입 공기량과 냉각수온과 드로틀 밸브의 개도등의 함수로 표현된다.
제1도는 종래의 비례적분 제어를 적용한 공회전 속도제어 계통도이다.
제1도에 도시되어 있듯이 종래의 비례적분 베어를 적용한 공회전 속도제어는, 엔진(1)에서 감지된 현재 엔진회전수와 공기량과 냉각수온과 드로틀 밸브의 개도가 기본듀티 계산(3)과 목표 엔진 회전수 설정(4)에 이용되고, 상기 목표 엔진 회전수와 엔진(1)에서 감지된 현재 엔진 회전수로부터 감산기(5)에 의해 편차 엔진 회전수(△RPM)가 구해지고, 상기 편차 엔진 회전수(△RPM)로부터 비례적분 제어(6)에 의해 보정듀티(DUTCOR)가 계산되며, 상기 기본듀티 계산(3)에 의한 기본듀티(DUTBAS)와 비례적분 제어(6)에 의한 보정듀티(DUTCOR)로부터 가산기(7)에 의해 최종듀티(ISCDUT)가 구해지고, 상기 최종듀티(ISCDUT)에 의해 액튜에이터(2)가 구동되어 엔진(1)의 흡입 공기량이 제어된다.
상기에서 보정듀티(DUTCOR)는 편차 엔진회전수(△RPM)가 비례적분제어(6)되어 얻어지는 것으로 수식으로 표현하면 다음과 같다.
상기에서 Gp는 비례이득이며, Gi는 적분이득이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 비례적분 제어를 적용한 공회전 속도제어 시스템은 정상상태의 오차를 줄이는 효과는 있으나. 시스템의 응답성이 느린 단점이 있다.
그러므로, 이 발명의 목적은 종래의 단점을 해결하기 위한 것으로 종래의 공회전 속도제어 시스템의 보정듀티 계산에 비례적분미분 제어를 적용함으로써 정상상태의 오차를 줄여 정확한 흡입 공기량이 엔진에 전달되도록 하고, 시스템의 응답성을 향상시켜 차량의 주행성능을 개선시키는 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 장치 및 그 제어방법을 제공하고자 하는데 있다.
상기의 목적을 달성하고자 하는 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 장치의 구성은,
기본 분사량을 결정하기 위하여 엔진에 흡입되는 공기량을 검출하는 흡입 공기량 센싱부와;
기본 분사량을 결정하기 위하여 현재 엔진 회전수를 계측하는 엔진 회전수 센싱부와;
엔진 냉각수의 온도에 따른 분사량의 증량 보정을 위하여 엔진 냉각수의 온도를 검출하는 냉각수온 센싱부와;
엔진의 운전상태에 따른 분사량의 증량 보정을 위하여 엔진이 공회전 상태인지 부하 상태인지를 감지하기 위한 드로틀 위치 센싱부와;
엔진에 흡입되는 공기의 온도에 따른 분사량의 증량 보정을 위하여 흡입 공기의 온도를 검출하는 흡기온 센싱부와;
내부 메모리의 프로그램을 로딩하여, 상기 현재 엔진 회전수와 흡입 공기량으로부터 기본듀티를 계산하고, 상기 현재 엔진 회전수와 흡입 공기량과 냉각수온과 드로틀 밸브의 개도와 흡기온으로부터 목표 엔진 회전수를 설정하여 현재 엔진 회전수와의 감산에 의해 편차 엔진 회전수를 계산하며, 비례적분미분 제어에 의하여 상기 편차 엔진 회전수로부터 보정듀티를 계산하고, 상기 기본듀티와 보정듀티를 합산하여 최종듀티를 계산하는 엔진 제어장치와;
상기 엔진 제어장치에서 구해진 최종듀티에 해당하는 시간만큼 공기가 흡입되도록 하는 액튜에이터로 이루어진다.
또한, 상기의 목적을 달성하고자 하는 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 방법의 구성은,
현재 엔진 회전수와 흡입 공기량으로부터 기본듀티를 계산하고, 상기 현재 엔진 회전수와 흡입 공기량과 냉각수온과 드로틀 밸브의 개도와 흡기온으로부터 목표 엔진 회전수를 설정하는 제1단계와;
상기 드로틀 위치 센싱부와 냉각수온 센싱부와 엔진 회전수 센싱부와 흡입공기량 센싱부의 출력신호로부터 이론적인 공연비 제어를 위한 폐루프를 수행할지 수행하지 않을지 결정하는 제2단계와;
상기 제2단계에서 폐루프 수행이 결정되면, 현재 엔진 회전수에서 목표 엔진회전수를 감산하여 편차 엔진 회전수를 계산하는 제3단계와;
상기 제3단계에서 구해진 편차 엔진 회전수와 비례이득으로부터 비례제어보정치를 계산하고, 상기 편차 엔진 회전수와 적분이득으로부터 적분제어보정치를 계산하며, 상기 편차 엔진 회전수와 미분이득으로부터 미분제어보정치를 계산하여 상기 비례제어 보정치와 적분제어 보정치를 합산하여 보정듀티를 계산하는 제4단계와;
상기 제2단계에서 이론적 공연비 제어를 위한 폐루프가 수행되지 않으면, 바로전 폐루프 제어시 적용한 적분제어보정치를 보정듀티로 계산하는 제5단계와;
폐루프 조건이 수행될 때는 상기 제4단계의 보정듀티와 제1단계의 기본듀티를 합산하여 최종듀티를 계산하고, 폐루프 조건이 수행되지 않을 때에는 상기 제5단계의 보정듀티와 제1단계의 기본듀티를 합산하여 최종듀티를 계산하는 제6단계와;
상기 제6단계에서 계산된 최종듀티에 해당하는 시간만큼 액튜에이터가 동작되도록 하는 구동전류가 출력되는 제7단계로 이루어진다.
상기 구성에 의하여, 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.
제2도는 이 발명의 실시예에 따른 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 장치의 구성 블록도이다.
제2도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 장치는, 흡입 공기량 센싱부(21)와 엔진 회전수 센싱부(22)와 냉각수온 센싱부(23)와 드로틀 위치 센싱부(24)와 흡기온 센싱부(25)와 점화 스위치(26)가 엔진 제어장치(27)의 입력단에 연결되고,
상기 엔진 제어장치(27)의 출력단은 액튜에이터(28)와 연결되며, 상기 액튜에이터(28)는 엔진(29)에 연결된다.
한편, 제3도는 이 발명의 실시예에 따른 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 방법의 순서도이고, 제4도는 이 발명의 실시예에 따른 공회전 속도제어 계통도이다.
상기 구성에 의한 이 발명의 실시예에 따른 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 장치 및 그 제어방법의 작용은 다음과 같다.
먼저 엔진(29)의 동작이 시작되면, 엔진(29)의 운전상태에 관한 정보가 엔진 제어장치(27)에 입력된다. 흡입 공기량 센싱부(21)는 엔진(29)에 흡입되는 공기량을 검출하는 곳으로서, 흡입되는 공기량을 전기신호로 변환하여 엔진 제어장치(27)에 출력한다.
엔진 회전수 센싱부(22)는 배전기 내부에서 캠축의 회전을 광결합소자를 이용하여 감지함으로써 구현될 수 있는데, 엔진(29)이 회전할 때 발생하는 펄스열이 엔진 회전수 센싱부(22)에 의해 검출되어 엔진 제어장치(27)에 출력된다.
냉각수온 센싱부(23)는 엔진(29) 냉각수의 온도를 검출하는 곳으로서, 냉각수의 온도에 따라 특정한 재료의 저항값이 변하는 성질을 이용하여 냉각수의 온도에 따른 저항값의 변화를 전기적 신호로 검출하여 엔진 제어장치(27)에 출력한다.
드로틀 위치 센싱부(24)는 드로틀 밸브의 개도가 전폐(全閉)의 상태에 있는 지 전개(全開)의 상태에 있는지를 검출하는 곳으로서, 상기 드로틀 밸브의 개도에 따라 엔진(29)이 공회전 상태에 있는지 부하 상태에 있는지를 엔진 제어장치(27)에 출력한다.
흡기온 센싱부(25)는 흡입되는 공기의 온도에 따라 분사량을 가감하기 위하여, 흡입공기의 온도를 검출하여 전기적 신호로 변환하여 엔진 제어장치(27)에 출력한다. 그리고, 점화 스위치(26)는 엔진이 시동중임을 알리기 위한 전기 신호를 엔진 제어장치(27)에 출력한다.
상기와 같이 엔진(29)의 운전상태에 관한 정보가 엔진 제어장치(27)에 입력되면, 상기 엔진 제어장치(27)의 내부 메모리에 공기가 흡입되는 시간인 최종듀티(ISCDUT)를 계산하기 위한 프로그램이 로딩된다.
상기 로딩된 프로그램의 제1단계(S1)에서는 기본듀티(DUTBAS)와 목표 엔진 회전수가 계산된다. 상기에서 기본듀티(DUTBAS)는 공기가 흡입되는 기본 시간으로서, 엔진 회전수 센싱부(22)의 현재 엔진 회전수와 흡입 공기량 센싱부(21)의 흡입공기량으로부터 엔진 일회전당 흡입되는 공기량이 결정되고, 상기 흡입 공기량의 흡입시간이 계산되어 기본 듀티(DUTBAS)가 구해진다.
상기 목표 엔진회전수는 흡입 공기량과 현재 엔진 회전수와 냉각수온과 드로틀 밸브의 개도와 흡입공기의 온도에 의해 표현되는 함수로부터 결정된다. 상기 각 물리량의 함수값은 실험을 통해 미리 계산하여 엔진 제어장치(27)의 내부 메모리에 저장되게 구성한다.
제2단계(S2)에서는 이론적 공연비 제어를 위한 폐루프를 수행할지 수행하지 않을지 판단하는데, 엔진 회전수 센싱부(22)나 흡입 공기량 센싱부(21)나 냉각수온 센싱부(23)나 드로틀 위치 센싱부(24)의 출력신호의 변화에 의해 상기 목표 엔진 회전수가 계산되는 보정 증량이 작용하거나 점화 스위치(26)에 의해 시동중일 경우 폐루프를 수행하지 않도록 판단하고, 보정증량이 작용하지 않고 시동중인 상태가 아닌 경우에는 목표 엔진 회전수를 유지하기 위한 폐루프를 수행하도록 판단한다.
상기 제2단계(S2)에서 폐루프를 수행하도록 판단되면, 제3단계(S3)에서는 엔진 회전수 센싱부(22)의 현재 엔진 회전수에서 목표 엔진 회전수는 감산한 편차 엔진 회전수(△RPM)가 계산된다.
제4단계(S4)에서는 상기 제3단계(S3)에서 계산된 편차 엔진 회전수(△RPM)와 비례이득, 적분이득, 미분이득으로부터 비례제어 보정치와 적분제어 보정치와 미분제어 보정치가 계산되며, 상기 비례제어 보정치와 적분제어 보정치와 미분제어 보정치가 합산되어 보정듀티(DUTCOR)가 계산된다.
상기에서 보정듀티(DUTCOR)를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
상기 수식에서 GP는 비례이득이고, Gi는 적분이득이며, Gd는 미분이득이다.
상기 제2단계(S2)에서 보정 증량에 의해 폐루프를 수행하지 않도록 판단되면, 제5단계(S5)에서는 보정듀티(DUTCOR)로서 바로전 폐루프 제어시에 적용하던 적분제어 보정치를 설정하고 비례제어 보정치와 미분제어 보정치는 '0'으로 세팅된다.
제6단계(S6)에서는 폐루프가 수행되었을 경우 제1단계(S1)에서 계산된 기본듀티(DUTBAS)와 상기 제4단계(S4)에서 계산된 보정듀티(DUTCOR)를 합산하여 최종듀티(ISCDUT)를 계산하고, 폐루프가 수행되지 않았을 경우에는 상기 제5단계(S5)에서 계산된 보정듀티(DUTCOR)를 상기 제1단계(S1)에서 계산된 기본듀티(DUTBAS)와 합산하여 최종듀티(ISCDUT)를 계산한다. 제7단계(S7)에서는 상기 제6단계(S6)에서 계산된 최종듀티에 해당하는 시간만큼 액튜에이터(28)를 구동하기 위한 신호가 출력된다.
상기와 같이 엔진 제어장치(27)의 내부 메모리에 로딩된 최종듀티(ISCDUT)를 계산하기 위한 프로그램에 의해 최종듀티(ISCDUT)가 계산되어 엔진 제어장치(27)에서 액튜에이터(28)에 출력되면, 상기 액튜에이트(28)는 엔진 제어장치(27)에서 입력되는 최종듀티(ISCDUT)에 해당하는 시간만큼 공기가 흡입되도록 동작하며, 상기 액튜에이터(28)에 의해 흡입되는 공기의 양에 의해 엔진(29)의 회전속도가 제어된다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 내연기관의 공회전 속도제어 장치에서 보정듀티(DUTCOR)를 계산함에 있어 비례적분미분 제어를 적용함으로써 정상상태 오차를 줄이며 응답성을 향상시켜 운전성능을 개선하는 효과를 가진 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어장치 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.

Claims (2)

  1. 현재 검출되는 차량 상태정보인 엔진 회전수와 흡입공기량, 냉각수온, 스로틀 밸브의 개도율 및 흡기온도로부터 기본 듀티(DUTBAS)의 산출과 엔진의 목표 회전수를 설정하는 단계와; 상기 단계에서 기본 듀티(DUTBAS)의 산출과 엔진의 목표 회전수가 설정되면 현재 검출되는 차량의 상태정보가 이론 공연비 연소를 위한 폐루프 진입 조건인지를 판단하는 단계와; 상기의 단계에서 검출되는 차량의 상태정보가 폐루프 진입 조건이면 현재의 엔진 회전수에서 목표 엔진 회전수를 감산하여 엔진의 편차 회전수(△RPM)을 산출하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 엔진의 편차 회전수(△RPM)와 비례이득으로부터 비례제어 보정치를 산출하고, 상기 엔진의 편차 회전수(△RPM)와 적분이득으로부터 적분제어 보정치를 계산하며, 상기 엔진의 편차 회전수(△RPM)와 미분이득으로부터 미분제어 보정치를 산출한 다음 상기 비례제어 보정치와 적분제어 보정치를 합산하여 보정듀티(DUTCOR)를 산출하는 단계와; 상기의 단계에서 산출된 보정듀티(DUTCOR)와 상기 단계에서 산출된 기본듀티(DUTBAS)를 합산하여 최종듀티(ISCDUT)로 산출하는 단계와; 상기 단계에서 폐루프 진입 조건이 아니면 이전에 실행한 폐루프 제어시 적용한 적분제어 보정치를 보정듀티(DUTCOR)로 설정한 다음 상기 단계에서 산출한 기본듀티(DUTBAS)와 합산하여 최종듀티(ISCDUT)로 산출하는 단계 및; 상기의 단계를 통해 산출한 최종듀티(ISCDUT)로 액츄에이터를 구동시켜 연료를 분사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도 제어방법.
  2. 제2항에 있어서, 상기 단계에서 보정듀티(DUTCOR)는 하기의 연산식으로 산출되는 것을 특징으로 하는 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도 제어방법.
KR1019930019318A 1993-09-22 1993-09-22 비례적분미분 제어를 적용한 공회전 속도제어 장치 및 그 제어방법 KR0174018B1 (ko)

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