CN101268257A - 滑模控制装置和调节方法 - Google Patents

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Abstract

一种滑模控制装置。当受到由弹性构件所施加的推动力的受控对象从一个位移端位移到另一位移端时，所述控制装置设定切换超平面并且以使所述受控对象的状态量收敛于切换超平面的方式使用滑模控制对所述受控对象进行控制。在所述滑模控制中，当所述受控对象经过操作切换点时，所述控制装置切换用于控制所述受控对象的操作模式。所述控制装置检测所述滑模控制中的干扰以及所述弹性构件的经时变化，并且根据所检测到的干扰以及所检测到的经时变化而改变所述操作切换点。

Description

滑模控制装置和调节方法
技术领域
本发明涉及一种滑模控制装置，所述滑模控制装置用于在受到由弹性构件所施加的推动力的受控对象从一个位移端位移到另一位移端时设定切换超平面，并且以使受控对象的状态量收敛于切换超平面的方式控制受控对象；本发明还涉及一种调节所述装置的方法。
背景技术
在具有弹簧质量系统的控制系统---比如电磁阀---中，根据比如PID控制或类似控制等的控制方法，难以充分保证相对于干扰、电磁阀的特性变化等的鲁棒性。因而，已经考虑这样的控制，比如：通过将滑模控制应用于上述控制系统，根据高增益控制而使受控对象的状态量收敛于由按需设计的线性函数表示的切换超平面上，并且，将所述状态量约束在所述切换超平面上。在上述的滑模控制装置中，已经提出能够进一步不相抵触地满足多个请求元素的技术(例如日本特开2003-202901号公报)。
然而，日本特开2003-202901号公报并不能处理这样的情况，即：施加有作为干扰的、由内燃发动机的气缸内压导致的外力或类似力的情况，或者，电磁阀弹簧的中性点由于经时变化而发生变化的情况；并且，存在基于内燃发动机操作状态或经时变化而使操作变得不稳定的风险。上述的不稳定性可以由制造比如电磁阀等的受控对象时产生的机器误差造成。
发明内容
本发明的目的在于防止由干扰、经时变化或机器误差而在滑模控制中造成不稳定。
为了实现上述目的并且根据本发明的第一方面，提供了一种滑模控制装置。当受到由弹性构件所施加的推动力的受控对象从一个位移端位移到另一位移端时，所述控制装置设定切换超平面并通过以使所述受控对象的状态量收敛于所述切换超平面的方式使用滑模控制来对所述受控对象进行控制。在所述滑模控制中，当所述受控对象经过设置在所述受控对象的位移区域中的操作切换点时，所述控制装置切换用于控制所述受控对象的操作模式。
所述控制装置包括：干扰检测部，其检测所述滑模控制中的干扰；以及改变部，其根据所述干扰检测部检测到的干扰来改变所述操作切换点。可替代地，所述控制装置包括：经时变化检测部，其检测所述弹性构件的经时变化；以及改变部，其根据所述经时变化检测部检测到的经时变化改变所述操作切换点。
根据本发明的第二方面，提供了一种滑模控制装置。当受到由弹性构件所施加的推动力的受控对象从一个位移端位移到另一位移端时，所述控制装置设定切换超平面并通过以使所述受控对象的状态量收敛于所述切换超平面的方式使用滑模控制来对所述受控对象进行控制。所述控制装置使所述受控对象以浮置状态保持在邻近至少一个所述位移端的目标浮置位置处。
所述控制装置包括：干扰检测部，其检测所述滑模控制中的干扰；以及改变部，其根据所述干扰检测部检测到的干扰改变所述目标浮置位置。可替代地，所述控制装置包括：经时变化检测部，其检测所述弹性构件的经时变化；以及改变部，其根据所述经时变化检测部检测到的经时变化改变所述目标浮置位置。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于滑模控制装置的调节方法。所述控制装置获得受到由弹性构件所施加的推动力的受控对象的位置作为位移传感器的检测值，并且基于预定关系将所述检测值换算成所述受控对象的位移。当所述受控对象从一个位移端位移到另一位移端时，所述控制装置设定切换超平面并通过以使所述受控对象的状态量收敛于所述切换超平面的方式使用滑模控制来对所述受控对象进行控制，其中所述状态量基于所述换算得到的位移。在所述滑模控制中，当所述受控对象经过设置在所述受控对象的位移区域中的操作切换点时，所述控制装置切换用于控制所述受控对象的操作模式。
所述方法包括：在所述受控对象位于已知位移处的状态下，从所述位移传感器获得检测值；根据所述关系将已知位移状态换算成所述位移传感器的检测值；以及基于从所述位移传感器获得的检测值与由所述换算获得的检测值之间的差值对所述关系进行校正。可替代地，所述方法包括：在所述受控对象的特定位移状态下，从所述位移传感器获得检测值，所述特定位移状态基于表示所述受控对象的运动状态的运动方程来确定；根据所述关系将所述特定位移状态换算成所述位移传感器的检测值；以及基于从所述位移传感器获得的所述检测值与由所述换算获得的所述检测值之间的差值对所述关系进行校正。
附图说明
图1为根据第一实施方式的电磁阀(处于闭合状态)及其控制机构的结构示意图；
图2为根据第一实施方式的电磁阀的中性状态的示意图；
图3为根据第一实施方式的电磁阀的开启状态的示意图；
图4为根据第一实施方式的滑模控制中的切换超平面的设定状态的示意图；
图5为根据第一实施方式的通过ECU执行的阀开启控制过程的流程图；
图6为在第一实施方式中用于计算吸引电流施加起点位移A的映射MAPa的结构示意图；
图7为根据第一实施方式的通过ECU执行的全闭位置的测量过程的流程图；
图8为全开位置的测量过程的流程图；
图9为中性位置的测量过程的流程图；
图10为时间图，其示出根据第一实施方式的全闭位置的测量过程、全开位置的测量过程以及中性位置的测量过程中的每一个测量过程的示例；
图11为根据第一实施方式的通过ECU执行的针对每次发动机停机的中性位置偏差量的计算过程的流程图；
图12为示出第一实施方式中检测得到的电压V与位移x的关系f的图表；
图13为根据第一实施方式的通过ECU执行的长循环中性位置偏差量的平均过程的流程图；
图14为示出在长循环中性位置偏差量的平均过程中的过程示例的时间图；
图15为示出根据第一实施方式的控制示例的时间图；
图16为示出根据第二实施方式的控制示例的时间图；
图17为根据第二实施方式的通过ECU执行的阀开启控制过程的流程图；
图18为在第二实施方式中用于计算制动电流施加终点位移A1的映射MAPa1的结构示意图；
图19为在第二实施方式中用于计算吸引电流施加起点位移A2的映射MAPa2的结构示意图；
图20为根据第三实施方式的通过ECU执行的目标浮置位置的设定过程的流程图；
图21为在第三实施方式中用于计算目标浮置位置Sf的映射MAPsf的结构示意图；
图22为第四实施方式中通过测量用计算机执行的出厂校正过程的流程图；
图23为在第四实施方式中执行的、用于设立关系f的过程的示意图；
图24为第四实施方式中通过ECU执行的车上校正过程的流程图；
图25为在第四实施方式中执行的、用于更新关系f的过程的示意图；
图26为根据第五实施方式的通过ECU执行的气缸内压外力的计算过程的流程图；
图27A为示出第五实施方式中热产生量dQ的变化的图表；
图27B为示出在第五实施方式中计算出的估算气缸内压Pcl的变化的图表；
图28为示出第五实施方式中的控制示例的时间图。
具体实施方式
[第一实施方式]
图1示出用作滑模控制装置的电子控制单元(以下称为ECU)2，以及在其中执行滑模控制的内燃发动机的电磁阀4。所述内燃发动机对应于车辆用发动机，并且例如由包括多个气缸的汽油机或柴油机构成。
ECU 2设置有针对每个气缸的气缸内压传感器2b以及端口压力传感器2c，所述ECU 2检测每个气缸内的气缸内压Pcl以及检测排气口20中的端口压力Ppt，并且与内燃发动机的ECU进行数据通信以及执行各种数据---比如控制数据、检测数据等---的数据交换。在本实施方式中，电磁阀4描述为排气门，然而，通过在进气口设置端口压力传感器，所述电磁阀4能够以相同方式应用于进气门。
电磁阀4构造成比如设置有提升阀6、衔铁8、下铁芯10、上铁芯12、下弹簧14、上弹簧16和提升传感器18(对应于由差动变压器等构成的位移传感器)。主要由微型计算机形成的ECU 2调节经由电磁激励电路(以下称为EDU)2a而施加到设置在下铁芯10内的下线圈10a以及施加到设置在上铁芯12内的上线圈12a的电流量。因而，施加到衔铁8的驱动力和保持力可通过产生于下铁芯10或上铁芯12中的电磁力而得以调节。
在如图1所示的衔铁8受到上铁芯12吸引并且与上铁芯12接触的状态下，上弹簧16设置为在上定位件16a和壳体4a之间处于压缩状态。此外，提升阀6通过借助下定位件14a从下弹簧14施加的推动力而坐置在排气口20的支座部分20a上从而处于阀闭合状态，并且使排气口20闭合。
另一方面，在下铁芯10和上铁芯12没有产生电磁力的情形下，衔铁8和提升阀6停在中性位置，在该中性位置，下弹簧14和上弹簧16的推动力达到平衡，如图2所示。
在衔铁8受到下铁芯10吸引并且与下铁芯10接触的状态下，下弹簧14借助衔铁轴杆8a和提升阀6的轴部6a而设置为在下定位件14a和气缸盖H之间处于压缩状态，如图3所示。此外，提升阀6到达离排气口20的支座部分20a最远的位置，并且排气口20到达全开状态。
在提升阀6从全闭状态移动到全开状态的情形下，能够采用如下所述的将衔铁8以浮置状态固定在从下铁芯10稍微浮起的目标浮置位置处的控制，来代替设定为如图3所示的彻底全开状态。可替代地，能够采用暂时停在目标浮置位置、而后再设定为如图3所示的全开状态的控制。
现对通过ECU 2而进行的电磁阀4的操作进行描述。在如图1所示的电磁阀4的阀闭合状态下，将保持电流施加到上线圈12a，以保持提升阀6坐置在支座部分20a上的状态。
在电磁阀4的开启正时，停止向上线圈12a施加保持电流。因而，提升阀6基于上弹簧16的推动力而与支座部分20a分离。此外，为了在提升阀6从全闭位置到全开位置的位移区域中将衔铁8吸到下铁芯10，开始向下线圈10a施加吸引电流，并且对电流量进行调节。如果衔铁8与下铁芯10形成接触，如图3所示，则将保持电流接通到下线圈10a，从而维持阀开启状态。
在电磁阀4的闭合正时，停止向下线圈10a施加保持电流。因而，提升阀6基于下弹簧14的推动力而开始朝向支座部分20a移动。此外，为了在提升阀6从全开状态到全闭状态的位移区域中使衔铁8吸到上铁芯12，开始向上线圈12a施加吸引电流，并且对电流量进行调节。如果衔铁8与上铁芯12形成接触，如图1所示，则将保持电流接通到上线圈12a，从而维持阀闭合状态。
当如上所述地使提升阀6和衔铁8从一个位移端移动到另一位移端时，通过使用如下所述的滑模控制执行针对下线圈10a和上线圈12a的电流施加控制。由于在从全闭位置到全开位置的位移过程与从全开位置到全闭位置的位移过程之间各个线圈10a和12a的控制情况相同，因此下面以从全闭位置到全开位置的位移过程作为示例进行描述。
在本实施方式中，对应于受控对象的提升阀6(实际上包括衔铁8)的位移为连接全闭位置和全开位置的一维空间(线段)，并且指示提升阀6的动态特征的状态量为提升阀6的位移和位移速度。此外，如此执行控制，使得提升阀6的位移和位移速度(状态量)收敛于预先设定的切换超平面(线段)，所述切换超平面(线段)对应于位于二维空间内的(一维)线性部分空间，所述二维空间以提升阀6的位移和位移速度作为二维线性空间的自由度。此外，切换超平面设定成可对应于提升阀6的位移发生变化，以满足与电磁阀4的控制性能相关的多个请求元素。
详细地，切换超平面设定为在相应的位移点处与预先设定的关于提升阀6的状态量的基准模型形成接触的超平面。基准模型基本上基于提升阀6的位移进行设定(提升阀6的位移和位移速度的轨迹)，其中所述提升阀6的位移在假设不存在干扰、阻尼因素和电磁力的情况下进行限定。基准模型在另一位移端附近设定为超平面。超平面设定成使得位移速度在另一位移端处为“0”。此外，超平面设定成使得位移速度的变化率在靠近另一位移端处小于基于提升阀6的在假设不存在干扰、阻尼因素和电磁力的情况下限定的位移特性而设定的基准模型。
因而，在除了另一位移端附近的区段之外的其它区段处，切换超平面基于基准模型进行设定，其中所述基准模型基于假设不存在干扰、阻尼因素和电磁力的情况下限定的提升阀6的位移来设定。相反，在全开位置附近，超平面设定成使得位移速度在全开位置处为“0”。
图4示出根据本实施方式的用于建立切换超平面的特定程序。在提升阀6的除了全开位置Low附近的区段之外的其它位移区域中，基准模型以如下方式构造。亦即，所述基准模型为当提升阀6仅仅通过下弹簧14和上弹簧16的推动力而从提升阀6处于全闭位置Up的状态移动到全开位置Low时提升阀6的位移和位移速度的轨迹。
该轨迹(基准模型)为二次曲线，该二次曲线由具有弹性体和活动部分(提升阀6和衔铁8)的、作为物理系统的物理模型计算而得，所述弹性体由下弹簧14和上弹簧16构成，而所述活动部件则耦联到弹性体。亦即，物理系统的运动方程由表达式1表示，其中，活动部分的重量设定为M、由下弹簧14和上弹簧16构成的弹性体的弹性常数设定为K、而提升阀6基于弹性体的中性位置(平衡位置)的位移(检测值)设定为x。
[表达式1]
M · x · · = - K · x
对应于表达式1的解的提升阀6的位移x确定为周期函数，并且位移速度确定为基于所述位移x的微分值的周期函数。此外，所述位移和位移速度之间的关系确定为如图4所示的基于位移和位移速度的二次曲线。
此外，如图4所示，对于提升阀6的全开位置Low附近的位移区域，上述基准模型设定为一维超平面(线段)，在该一维超平面(线段)中，位移速度相对于位移的变化率小于上述的二次曲线。
通过基于基准模型且根据提升阀6的位移x以可变方式设定切换超平面，则能够满足电磁阀4的控制中所请求的多个请求元素。亦即，在除了全开位置Low附近的区段之外的其它位置处，通过根据提升阀6在仅由上述弹簧体的推动力而发生位移时提升阀6的位移而对提升阀6的实际位移进行控制，能够使提升阀6发生位移的同时有效利用物理系统的固有振动。因此，能够减少从全闭位置Up位移到全开位置Low所需的时间。
相反，在全开位置Low附近，通过将状态量约束在超平面上---其中所述超平面上的位移速度的变化率较小---能够抑制衔铁8坐置在下铁芯10的上表面时的冲击。
通过对电磁阀4进行控制以使状态量约束在根据提升阀6的位移而以可变方式设定的切换超平面上，能够执行缓和坐置时的冲击同时减少位移时间的控制。相反，例如，使用图4中以单点划线示出的切换超平面对电磁阀4进行控制以便缓和坐置时的冲击的情形下，则位移时间增加。
对电磁阀4的电流施加控制进行设定、以执行将状态量约束在切换超平面上的滑模控制以如下方式进行。首先，由表达式2限定出在提升阀6的位移x处与图4中的二次基准模型接触的切换超平面(二次基准模型的位移x处的切线)以及限定出图4中的一次基准模型。
[表达式2]
x · = a · x + b
在该表达式2中，系数a和b实际上由提升阀6的位移x的函数确立。此外，对应于限定切换超平面的线性函数的切换函数σ由表达式3限定。
[表达式3]
σ = x · - a · x - b
由表达式3可知，切换函数σ设定为零时的超平面对应于切换超平面。
接着，将电磁阀4的实际物理系统设定为这样一种系统，即：活动部分和固定部分之间的滑动阻力以及作用在衔铁8上的电磁力施加到该系统上，并且在所述系统的结构中，下弹簧14和上弹簧16耦联到活动部分。该系统的运动方程由表达式4表示，其中，除了上述的重量M、弹性常数K和位移x之外，所述表达式4还使用了活动部分和固定部分之间的阻尼系数C以及对应于在滑模状态下施加到衔铁8的电磁力的滑模输入Ul。
[表达式4]
M · x · · = - K · x - C · x · + Ul
接着，在滑模状态下，将电磁阀4的状态量约束在切换超平面上，亦即约束在切换函数σ为零时的超平面上。因而，滑模输入Ul由表达式5表示，所述表达式5使用了这样的事实，即运动方程(表达式4)以及切换函数σ的对时间的微分为零。
[表达式5]
Ul = ( C + M · a ) · x · + K · x
此外，在状态量远离切换超平面时使状态量收敛于切换超平面上的抵达模式输入(反馈输入)Unl由表达式6限定。
[表达式6]
Unl = G · σ | σ |
反馈增益G如此设定，以满足抵达切换平面的条件---亦即对应于抵达滑动模式的条件的抵达条件。在本实施方式中，满足抵达条件的增益G使用李亚普诺夫函数(Liapunov function)方法进行设定。亦即，例如通过将V＝1/2×σ×σT设定为李亚普诺夫函数，将增益G设定成使得由表达式7表示的对时间的微分变成负值。
[表达式7]
V · = σ T · σ ·
在表达式7中，通过以使得李亚普诺夫函数对时间的微分变成负值的方式而将增益G设定成具有预定绝对值的正值和负值，则当使用抵达模式输入Unl时，切换函数σ将收敛于零。
现将参照图5对通过ECU 2执行的电磁阀4的阀开启控制过程进行描述。图5为示出控制的处理程序的流程图。该过程以一定的时间循环重复执行。当启动阀开启控制过程时，ECU 2停止向上线圈12a施加保持电流。因而，衔铁8开始移动离开上铁芯12，并且提升阀6开始移动离开与其接合的支座部分20a。
如果启动阀开启控制程序(图5)，则对吸引电流施加起点位移A进行设定(S100)。吸引电流施加起点位移A对应于用于判定位移---即根据滑模控制开始通过下铁芯10向衔铁8施加吸引力的位移---的阈值。
在吸引电流施加起点位移A中，滑模控制的本征值根据气缸内压外力Fcl以及如图2和4所示的中性位置Mp的经时偏差Dmp而发生变化，其中所述内压外力Fcl基于燃烧室22(图1)内外侧之间的压差。因而，在步骤S100，根据如图6所示的映射MAPa，基于对应于干扰的气缸内压外力Fcl以及基于对应于经时变化的中性位置Mp的偏差(中性位置偏差)Dmp计算吸引电流施加起点位移A。
气缸内压外力Fcl对应于产生于提升阀6中的外力，所述外力基于气缸内压Pcl和端口压力Ppt之间的差“Pcl-Ppt”，所述气缸内压Pcl相继地由气缸内压传感器2b检测，而所述端口压力Ppt则相继地由端口压力传感器2c检测，并且，通过基于差值“Pcl-Ppt”的映射和函数计算出所述气缸内压外力Fcl。
基于“Pcl-Ppt”而产生的气缸内压外力Fcl变得越大，在阀开启控制时需要越早地施加吸引电流以克服气缸内压外力Fcl。因而，如图6中的轮廓线(虚线)所示，根据气缸内压外力Fcl的增大，吸引电流施加起点位移a移向阀闭合侧。由于在阀闭合控制时，根据气缸内压外力Fcl的增大而延迟了吸引电流的施加，因此形成了与图6具有相同趋势的映射，尽管映射值不同。
中性位置偏差Dmp采用已经根据如下所述的中性位置偏差检测过程(图7到14)检测的值。如果中性位置偏差到达阀闭合侧，如图6中的轮廓线(虚线)所示，则吸引电流施加起点位移A移动到阀闭合侧，以适应于所述中性位置偏差。相反，如果中性位置偏差到达阀开启侧，则吸引电流施加起点位移A移动到阀开启侧，以适应于所述中性位置偏差。
通过根据实验和模拟预先确定最佳参数值进行映射而形成映射MAPa。除了上述方法，映射MAPa可以根据由统计方法(DoE等)确定的预测表达式、由实验确定的实验公式或者按物理方式执行的物理公式而形成。上述的映射形成方法以相同方式应用于下述的其他映射。
如果通过步骤S100计算出吸引电流施加起点位移A，则判定由提升传感器18检测的提升阀6的位移x是否小于吸引电流施加起点位移A(S102)。如果此时关系式x≥A成立(在S102中为“否”)，则该过程暂时结束。
如果关系式x＜A成立(在S102中为“是”)，则基于提升阀6的位移x设定切换函数(S104)。通过预先提供具有用于存储如图4所示的基准模型的存储功能的ECU 2、以及计算基准模型在提升阀6的位移x处的切线来设定所述切换函数。此外，ECU 2可以设置有用于在ECU 2内存储与切换函数相关的数据(映射等)的存储功能，所述数据为比如表达式3中的在提升阀6的各个位移x处的系数a和b，并且，ECU 2可以通过所述映射执行切换函数的设定。
基于以如上方式设定的切换函数计算出滑模输入Ul(S106)。亦即，使用表达式5通过位移x处的切换函数计算出滑模输入Ul。此外，基于表达式6通过位移x处的切换函数计算出抵达模式输入Unl(S108)。
基于以如上方式计算出的滑模输入Ul和抵达模式输入Unl的总和计算出对应于施加到衔铁8的电磁力的控制输入U(S110)。此外，基于由提升传感器18检测的位移x计算出衔铁8和下铁芯10之间的间隙Gp(S112)。此外，根据使用间隙Gp和控制输入U的运算式F计算出通到电磁阀4的下线圈10a的电流施加的控制电流量Ilow(S114)。通过为ECU 2提供用于存储物理模型公式的功能，其中所述物理模型公式由间隙Gp和控制输入U限定了施加到电磁阀4的下线圈10a的电流量，从而运算式F执行电流施加的控制电流量Ilow的计算。此外，限定间隙Gp、控制输入U以及供给到下线圈10a的电流量之间关系的映射可以存储在ECU 2中。如果控制输入U为负，则电流施加的控制量设定为“0”。
如果以如上方式计算出电流施加的控制电流量Ilow，则基于电流施加的控制电流量Ilow执行针对下线圈10a的电流施加控制(S116)。
如上所述，当进行阀开启驱动时，滑模控制应用于电磁阀4。尽管值不同，但是滑模控制基本上以与上述的阀开启控制过程相同的方式应用于阀闭合控制期间。
接着，对通过ECU 2执行的中性位置偏差量Dmp的检测过程进行描述。图7和8示出用于检测中性位置偏差量Dmp而执行的全闭位置Up和全开位置Low的测量过程的流程图。每个过程对应于在内燃发动机正常操作过程中以短时间循环重复执行的过程。
现对全闭位置的测量过程进行描述(图7)。如果启动该过程，则首先读取提升传感器18检测得到的电压V(S200)。提升传感器18构造成比如在提升阀6和衔铁8更加接近全闭位置Up侧(如图1中的位移状态)时输出更高电压，并且在所述提升阀6和衔铁8更加接近全开位置Low侧(如图3中的位移状态)时输出更低电压。
接着，判定检测得到的电压V是否处于全闭区域(S202)。在全闭区域的判定中，在检测得到的电压V高于预先设定的全闭基准电压Vclose的情形下，确定出检测得到的电压V处于全闭区域。
如果关系式V≤Vclose成立(在S202中为“否”)，则清除用于全闭区域的计数n1，并且该过程暂时结束。
如果基于电磁阀4的驱动，关系式V＞Vclose成立(在S202为“是”)，则检测得到的电压V处于全闭区域，从而判定全闭区域的计数n1是否小于100(S206)。由于刚刚在从V≤Vclose的状态形成关系式V＞Vclose之后关系式n1＝0才成立(在S206中为“是”)，因此接着根据表达式8执行检测得到的电压V的移动平均过程，并且计算出移动平均值tVmax(S208)。
[表达式8]
tVmax←Vmaxold·9/10+V/10
此外，此时由表达式8确定的移动平均值tVmax设定为先前值Vmaxold(S210)。
此外，用于全闭区域的计数n1产生增量(S212)，该过程暂时结束。
在下一个控制循环及其之后，只要关系式V＞Vclose成立(在S202中为“是”)以及关系式n1＜100成立(在S206中为“是”)，则上述的移动平均过程(S208)、先前值Vmaxold的设定(S210)以及全闭区域的计数n1的增量(S212)重复进行。
如果移动平均过程(S208)基于关系式V＞Vclose(在S202中为“是”)的继续成立而重复进行100次，则基于全闭区域的计数n1的增量(S212)，关系式n1＝100成立。因而，在下一个控制循环中，由于步骤S202的决定结果判定为“是”之后关系式n1≥100成立(在S206中为“否”)，因此移动平均值tVmax设定为全闭时的电压Vmax(S214)。
如果关系式V＞Vclose(在S202中为“是”)在随后的控制循环中继续成立，则步骤S206中的决定结果为“否”。因而，不执行移动平均过程(S208)，移动平均值tVmax的值并未变化，并且全闭时的电压Vmax的值得以维持。
如图10中的时间图所示，每当电磁阀4到达全闭位置时，全闭位置测量为每个时期的初期阶段(t0到t1)的全闭时的电压Vmax的值，如上所述。
现对全开位置的测量过程进行描述(图8)。该过程计算出检测得到的电压V处于最低状态下的移动平均值，并且其基本过程与上述的图7中的基本过程相同。
如果启动该过程，则首先读取提升传感器18检测得到的电压V(S300)。接着，判定检测得到的电压V是否处于全开区域(S302)。在全开区域的判定中，在检测得到的电压V低于预先设定的全开基准电压Vopen的情形下，则判定出处于全开区域。
如果关系式V≥Vopen成立(在S302中为“否”)，则清除用于全开区域的计数n2(S304)，并且该过程暂时结束。
如果关系式V＜Vopen成立(在S302中为“是”)，则检测得到的电压V处于全开区域，从而判定全开区域的计数n2是否小于100(S306)。由于刚刚在从V≥Vopen的状态形成关系式V＜Vopen之后关系式n2＝0才成立(在S306中为“是”)，因此接着根据表达式9执行检测得到的电压V的移动平均过程，并且计算出移动平均值tVmin(S308)。
[表达式9]
tVmin←Vminold·9/10+V/10
此外，此时由表达式9确定的移动平均值tVmin设定为先前值Vminold(S310)。
此外，用于全开区域的计数n2产生增量(S312)，该过程暂时结束。
在下一个控制循环及其之后，只要关系式V＜Vopen成立(在S302中为“是”)以及关系式n2＜100成立(在S306中为“是”)，则上述的移动平均过程(S308)、先前值Vminold的设定(S310)以及全开区域的计数n1的增量(S312)重复进行。
如果移动平均过程(S308)基于关系式V＜Vopen(在S302中为“是”)的继续成立而重复进行100次，则基于全开区域的计数n2的增量(S312)，关系式n2＝100成立。因而，在下一个控制循环中，由于步骤S302中的决定结果判定为“是”之后关系式n2≥100成立(在S306中为“否”)，因此移动平均值tVmin设定为全开时的电压Vmin(S314)。
如果关系式V＜Vopen(在S302中为“是”)在随后的控制循环中继续成立，则步骤S306中的决定结果为“否”。因而，不执行移动平均过程(S308)，移动平均值tVmin的值并未变化，并且全开时的电压Vmin的值得以维持。
如图10中的时间图所示，每当电磁阀4到达全开位置时，全开位置测量为每个时期的初期阶段(t2到t3)的全开时的电压Vmin的值，如上所述。
图9示出用于检测中性位置偏差量Dmp而执行的中性位置的测量过程的流程图。该过程对应于以短时间循环重复执行的过程。
如果启动该过程，则判定内燃发动机的停机过程是否执行(S400)。亦即，根据本实施方式，基于来自内燃发动机的ECU的信号判定点火开关是否关闭，由此判定内燃发动机的停机操作是否执行。
如果内燃发动机正在操作或者如在该过程中内燃发动机的停机过程结束(在S400中为“否”)，则该过程暂时结束。
如果点火开关刚刚关闭，则确定出内燃发动机处于停机操作状态(在S400中为“是”，图10中的t4)，接着，读取提升传感器18的检测得到的电压V(S402)。
接着，计算出检测得到的电压V的变化速度SPv(S404)。由于检测得到的电压V通过ECU 2以固定的循环进行测量，因此变化速度SPv采用一个循环的检测得到的电压V的变化dv作为变化速度SPv。
接着，判定对应于检测得到的电压V的位移x是否处于中性区域，并且判定变化速度SPv是否处于低速区域(S406)。
通过在指示中性位置的位移x＝0处的周围设定宽度ΔX而设置出中性区域。因而，如果表达式10得以满足，则确定出检测得到的电压V处于中性区域。
[表达式10]
-ΔX＜X＜+ΔX
基于如下所述的关系f(图12)执行从检测得到的电压V到位移x(对应于位移数据)的换算。
通过在检测得到的电压V的时间变化(V/s)为零的状态周围设定宽度ΔSPv而设置出低速区域。因而，如果满足表达式11，则确定出变化速度SPv处于低速区域。
[表达式11]
-ΔSPv＜SPv＜ΔSPv
在步骤S406，代替检测得到的电压V的变化速度SPv，可以判定位移x的变化速度---即提升阀6的移动速度---是否处于低速区域。在步骤S404计算出位移x的变化速度。
在刚刚启动停机过程之后步骤S406的条件尚未得到满足的状态下(在S406中为“否”)，清除用于中性位置的计数n3(S408)，并且该过程暂时结束。
如果表达式10和表达式11得到满足(在S406中为“是”，图10中的t5)，则检测得到的电压V变成适合用于对中性位置进行测量的值。因而，判定中性位置的计数n3是否小于100(S410)。如果步骤S406中的判定刚刚从否变化到是，则关系式n3＝0成立(在S410中为“是”)。因而，接着根据表达式12执行检测得到的电压V的移动平均过程，并且计算出移动平均值tVz(S412)。
[表达式12]
tVz←Vzold·9/10+V/10
此时由表达式12确定的移动平均值tVz设定为先前值Vzlod(S414)。
此外，中性位置的计数n3产生增量(S416)，并且该过程暂时结束。
在下一个控制循环及其之后，只要步骤S406中的决定结果判定为“是”以及关系式n3＜100成立(在S410中为“是”)，则移动平均过程(S412)、先前值Vzold的设定(S414)以及中性位置的计数n3的增量(416)重复进行。
如果基于步骤S406中的“是”的判定继续成立，移动平均过程(S412)重复进行100次，则基于中性位置的计数n3的增量(S416)，关系式n3＝100成立。因而，由于步骤S406中的决定结果在下一个控制循环中判定为“是”之后关系式n3≥100成立(在S410中为否)，因此移动平均值tVz设定为中性位置电压Vz(S418，图10中的t6)。如上所述中性位置电压Vz得以确定。
此外，执行如下所述的针对每次发动机停机的中性位置偏差量的计算过程(图11，S420)，并且执行如下所述的长循环中性位置偏差量的平均过程(图13，S422)。
此外，执行停机过程终止设定(S424)。因而，在下一个控制循环中，由于步骤S400中的决定结果为“否”，因此根据中性位置的测量过程(图9)的实质过程结束。
现描述针对每次发动机停机的中性位置偏差量的计算过程(图11)。
如果启动该过程，则首先基于由图12中的映射或函数表示的、提升传感器18的检测得到的电压V与提升阀6的位移x之间的关系f，将已经计算出的全开时的电压Vmin换算成全开位移Xmin(S500)。提升传感器18的检测得到的电压V与实际位移x并不具有直线关系，而是偏离直线关系，如图12中的曲线所示。因而，在对中性位置偏差量进行计算的情形下，如果通过系数将检测得到的电压V换算成位移x以便用于计算则会产生误差，因此首先基于图12中的关系f将全开时的电压Vmin换算成全开位移Xmin。
接着，以相同方式基于图12中的关系f将已经计算出的全闭时的电压Vmax换算成全闭位移Xmax(S502)。
此外，以相同方式基于图12中的关系f将已经计算出的中性位置电压Vz换算成中性位移Xz(S504)。
此外，根据表达式13基于这些位移Xmin、Xmax和Xz计算出针对每次发动机停机的中性位置偏差量dm(S506)。
[表达式13]
dm←|Xz-Xmin|-|Xmax-Xz|
如果针对每次发动机停机的中性位置偏差量的关系式dm＞0成立，则中性位置偏移向闭合侧，而如果dm＜0，则中性位置偏移向开启侧。
以如上方式完成该过程。在每次内燃发动机停机时以如上方式执行一次针对每次发动机停机的中性位置偏差量的计算过程(图11)。因而，每次内燃发动机停机都计算针对每次发动机停机的中性位置偏差量dm。在点火开关关闭之后，针对每次发动机停机的中性位置偏差量dm存储在位于ECU 2内的非易失性储存器内。
接着，对用于计算最终中性位置偏差量Dmp的、长循环中性位置偏差量的平均过程(图13)进行描述。
如果启动该过程，则首先使长循环计数nlong产生增量(S600)。长循环计数nlong的值存储在非易失性储存器内。
接着，判定长循环计数nlong是否大于或等于10000(S602)。如果长循环计数的关系式nlong＜10000成立(在S602中为“否”)，则该过程结束。因而，在最终中性位置偏差量Dmp还未重新计算之前，根据中性位置偏差量的计算过程(图11)确定针对每次发动机停机的中性位置偏差量dm。
在内燃发动机停机的重复过程中，如果长循环计数nlong增加以满足关系式nlong≥10000(在S602中为“是”)，接下来使移动平均计数nshort产生增量(S604)。
接着，此时根据表达式14执行针对每次发动机停机的中性位置偏差量dm的移动平均过程，其中所述针对每次发动机停机的中性位置偏差量dm根据针对每次发动机停机的中性位置偏差量的计算过程(图11)进行计算，从而计算出移动平均值tDmp(S606)。
[表达式14]
tDmp←Dmpold·19/20+dm/20
此外，此时由表达式14计算出的移动平均值tDmp设定为先前值Dmpold(S608)。
接着，判定移动平均计数nshort是否大于或等于100(S610)。如果移动平均计数的关系式nshort＜100成立(在S610中为“否”)，则该过程暂时结束。移动平均值tDmp、先前值Dmpold和移动平均计数nshort存储在非易失性储存器内。
如果在每次内燃发动机停机时针对每次发动机停机的中性位置偏差量的计算过程(图11)进行之后执行长循环中性位置偏差量的平均过程(图13)，则步骤S604和移动平均过程(S606和S608)重复进行。
此外，如果移动平均计数nshort重复产生增量，由此关系式nshort≥100成立(在S610中为“是”)，则清除长循环计数nlong(S612)，并且清除移动平均计数nshort(S614)。此外，此时移动平均值tDmp设定为最终中性位置偏差量Dmp(S616)。
因而，每当发动机停机10000次时，通过如图14的时间图对针对每次发动机停机的中性位置偏差量dm进行100次移动平均，从而计算出最终中性位置偏差量Dmp。以如上方式计算出的最终中性位置偏差量Dmp用在如上所述的阀开启控制过程的步骤S100中(图5)，由此能够确定吸引电流施加起点位移A。
因而，如图15中的时间图所示，当施加到上线圈12a的保持电流中断之后(t10及之后)，在基于气缸内压外力Fcl和中性位置偏差Dmp设定的吸引电流施加起点位移A处(t11)，开始向下线圈10a施加吸引电流。图15示出了这样的状态：施加到下线圈10a的保持电流控制为使得在阀开启时浮置到目标浮置位置Sf。
在上述的结构中，与权利要求书的对应关系如下。提升阀6和衔铁8的组合对应于阀体(受控对象)。气缸内压传感器2b、端口压力传感器2c以及用于基于由这些传感器2b和2c检测的气缸内压Pcl和端口压力Ppt而对气缸内压外力Fcl进行计算的ECU 2对应于干扰检测部。全闭位置的测量过程(图7)、全开位置的测量过程(图8)、中性位置的测量过程(图9)、针对每次发动机停机的中性位置偏差量的计算过程(图11)以及长循环中性位置偏差量的平均过程(图13)对应于由经时变化检测部所执行的过程。阀开启控制过程中的步骤S100和S102(图5)对应于由操作切换点改变部所执行的过程。
根据上述的第一实施方式，能够获得以下优点。
(1)由于对应于干扰的气缸内压外力Fcl以及对应于弹性构件的弹簧14和16的经时变化二者的影响，吸引电流施加起点位移A偏离滑模控制中的正确位移。从而存在滑模控制下的过程(图5中的S104到S116)变得不稳定的风险。
因而，在阀开启控制过程(图5)中，根据气缸内压外力Fcl和由弹簧14和16引起的提升阀6的中性位置偏差量Dmp二者，通过改变对应于操作切换点的吸引电流施加起点位移A，设定出正确的吸引电流施加起点位移A(S100)。因而，能够防止滑模控制中的不稳定性，并且能够防止坐置速度发生劣化以及防止同步损失。
(2)提升传感器18的检测得到的值(检测得到的电压V)并未用作提升阀6的位移，而是，基于如图12所示的关系f将检测得到的电压V换算成实际位移x。因而，能够消除基于检测得到的电压V与实际位移x之间的直线关系而产生的位移误差，并且能够更加精确地检测中性位置的经时变化。
因而，能够设定更加正确的吸引电流施加起点位移A，并且能够防止滑模控制中的不稳定性。
[第二实施方式]
在本实施方式中，如图16中的时间图所示，在根据阀开启过程暂时中断上线圈12a中的保持电流之后(t20及之后)，由提升阀6和衔铁8构成的阀体的运动暂时由制动电流控制。此外，在结束制动电流的施加之后(t21及之后)，开始向下线圈10a施加吸引电流(t22)。
因而，在本实施方式中，操作切换点包括制动电流施加终点位移A1和吸引电流施加起点位移A2二者。
因而，在本实施方式中，代替图5中的过程，阀开启控制过程以如图17所示的时间循环重复进行。其它结构与根据第一实施方式的结构相同。因此，除了新的图之外，将参照除第一实施方式的图5和15之外的其它图进行描述。
如果启动该过程，则首先执行制动电流施加终点位移A1的设定(S700)。制动电流施加终点位移A1对应于用于判定位移---即在滑模控制下停止向将与上铁芯12脱开接合的衔铁8施加制动力的位移---的阈值。
制动电流施加终点位移A1的本征值由于对应于干扰的气缸内压外力Fcl以及对应于经时变化的中性位置偏差Dmp而发生变化。因而，在步骤S700中，根据如图18所示的映射MAPa1，基于气缸内压外力Fcl以及中性位置偏差Dmp计算出制动电流施加终点位移A1。以与上述的第一实施方式相同的方式获得气缸内压外力Fcl的值和中性位置偏差Dmp的值中的每一个。
在映射MAPa1(图18)中，由于根据气缸内压外力Fcl的增大而很有可能在开启阀时由于气缸内压外力Fcl而施加有制动力，因此需要在早期阶段结束制动电流。因而，根据气缸内压外力Fcl的增大，制动电流施加终点位移A1移动到阀闭合侧。此外，如果中性位置偏差接近阀闭合侧，则制动电流施加终点位移A1移动到阀闭合侧，以适应于所述中性位置偏差，并且如果中性位置偏差接近阀开启侧，则制动电流施加终点位移A1移动到阀开启侧，以适应于所述中性位置偏差。
在该情形下，由于气缸内压外力Fcl，在阀闭合控制时制动力难以施加，因此需要延迟制动电流的终止。因而，采用与图18中的映射MAPa1具有相同趋势的映射，尽管映射值不同。
接着，设定吸引电流施加起点位移A2(S702)。在该情形下，关系式A2＜A1成立。吸引电流施加起点位移A2对应于用于判定位移---即在滑动模式下开始向将与上铁芯12脱开接合的衔铁8施加吸引力的位移---的阈值，其中所述位移A2具有与第一实施方式中的吸引电流施加起点位移A相同的趋势。
因而，采用了与示出在图6中的映射MAPa具有相同趋势的如图19所示的映射MAPa2。亦即，在映射MAPa2(图19)中，由于根据气缸内压外力Fcl的增大而在开启阀时需要在早期阶段提供吸引电流以克服气缸内压外力Fcl，因此吸引电流施加起点位移A2根据气缸内压外力Fcl的增大而移动到阀闭合侧。此外，如果中性位置偏差接近阀闭合侧，则吸引电流施加起点位移A2移动到阀闭合侧，以适应于所述中性位置偏差，并且如果中性位置偏差接近阀开启侧，则吸引电流施加起点位移A2移动到阀开启侧，以适应于所述中性位置偏差。
在该情形下，当进行阀闭合控制时，采用具有与映射MAPa2(图19)相同趋势的映射，然而，关系式A2＞A1成立。
如果制动电流施加终点位移A1和吸引电流施加起点位移A2得以设定，则判定由提升传感器18检测的提升阀6的位移x是否小于制动电流施加终点位移A1(S704)。在该情形下，如果刚好在阀开启控制之后，并且关系式x≥A1成立(在S704中为“否”)，则执行根据滑模控制开始向上线圈12a施加电流(S706)。因而，从如图16所示的正时t20向上线圈12a施加用作制动力的电流。
亦即，在该正时，根据上述第一实施方式中描述的滑模控制，通过为ECU 2提供具有用于存储物理模型公式---所述物理模型公式基于ECU 2中的间隙Gp和控制输入U限定出施加到上线圈12a的电流量---的功能，执行施加到上线圈12a的控制电流Iup的计算。此外，限定间隙Gp、控制输入U以及供给到上线圈12a的电流量之间关系的映射可以存储在ECU2中。在该情形下，如果控制输入U为负值，则电流施加的控制量设定为“0”。
此后，只要关系式x≥A1成立(在S704中为“否”)，则在滑模控制中，基于上线圈12的电磁力的制动力施加到衔铁8。
此外，基于衔铁8的移动，如果关系式x＜A1成立(在S704中为“是”)，则终止施加到上线圈12a的电流(S708，图16中的正时t21)。
接着，判定位移x是否小于吸引电流施加起点位移A2(S710)。在该情形下，如果关系式x≥A2成立(在S710中为“否”)，则该过程暂时结束。此后，只要关系式x≥A2成立(在S710中为“否”)，则衔铁8和提升阀6在没有电流施加到上线圈12a和下线圈10a的情况下基于上弹簧16的推动力而移动到阀开启侧。
此外，如果关系式x＜A2成立(在S710中为“是”)，则根据滑模控制而开始向下线圈10a施加电流(S712，图16中的正时t22)。其内容对应于第一实施方式的描述(图5中的S104到S116)。
在上述结构中，与权利要求书的对应关系如下。提升阀6和衔铁8的组合对应于阀体(受控对象)。气缸内压传感器2b、端口压力传感器2c以及用于基于由这些传感器2b和2c检测的气缸内压Pcl和端口压力Ppt而对气缸内压外力Fcl进行计算的ECU 2对应于干扰检测部。全闭位置的测量过程(图7)、全开位置的测量过程(图8)、中性位置的测量过程(图9)、针对每次发动机停机的中性位置偏差量的计算过程(图11)以及长循环中性位置偏差量的平均过程(图13)对应于由经时变化检测部所执行的过程。阀开启控制过程中的步骤S700到S704以及步骤S710(图17)对应于操作切换点改变部所执行的过程。
根据上述的第二实施方式，可获得以下优点。
除了上述第一实施方式中的效果(1)和(2)之外，产生以下优点。
在随吸引电流一起施加制动电流的滑模控制中，由于气缸内压外力Fcl和弹簧14和16的经时变化二者的影响，关于制动电流施加终点位移A1，产生了与正确位移偏离的偏差。
因而，在阀开启控制过程(图17)中，根据气缸内压外力Fcl以及由弹簧14和16造成的中性位置偏差量Dmp二者，通过改变制动电流施加终点位移A1和吸引电流施加起点位移A2而设定出正确的制动电流施加终点位移A1和吸引电流施加起点位移A2。因而，能够防止滑模控制中的不稳定性。
[第三实施方式]
在根据上述第一和第二实施方式的滑模控制中，如图15和16中的每一幅图所示，在阀开启控制时，施加到下线圈10a的保持电流控制为使得衔铁8浮置至目标浮置位置Sf，而非使衔铁8与下线圈10接触。
在目标浮置位置Sf中，本征值由于气缸内压外力Fcl和中性位置偏差Dmp而发生变化。在本实施方式中，根据如图20所示的目标浮置位置的设定过程，目标浮置位置Sf对应于气缸内压外力Fcl和中性位置偏差Dmp发生变化。其他结构与第一或第二实施方式中的结构相同。因而，除了新的附图，现参照每一个实施方式中的附图进行描述。
现对目标浮置位置的设定过程(图20)进行描述。该过程对应于刚好在阀开启控制过程(图5或17)之前执行的过程。在该过程中，根据映射MAPsf，基于对应于干扰的气缸内压外力Fcl以及对应于经时变化的中性位置偏差Dmp计算目标浮置位置Sf(S800)。在该情形下，以与上述第一实施方式相同的方式获得气缸内压外力Fcl的值和中性位置偏差Dmp的值中的每一个。
映射MAPsf示出在图21中。在该映射MAPsf中，由于根据气缸内压外力Fcl的增大，衔铁8难以与下铁芯10碰触，因此目标浮置位置Sf移动而接近阀开启侧。
如果中性位置偏差到达阀闭合侧，则目标浮置位置Sf移动到阀闭合侧，以适应于所述中性位置偏差，并且如果中性位置偏差Dmp到达阀开启侧，则目标浮置位置Sf移动到阀开启侧，以适应于所述中性位置偏差。
因而，在阀开启控制过程(图5或17)中，在施加到下线圈10a以保持开启状态的滑模控制中，目标浮置位置Sf根据气缸内压外力Fcl和中性位置偏差Dmp而变化。
在上述结构中，与权利要求书的对应关系如下。提升阀6和衔铁8的组合对应于阀体(受控对象)。气缸内压传感器2b、端口压力传感器2c以及用于基于由这些传感器2b和2c检测的气缸内压Pcl和端口压力Ppt而对气缸内压外力Fcl进行计算的ECU 2对应于干扰检测部。全闭位置的测量过程(图7)、全开位置的测量过程(图8)、中性位置的测量过程(图9)、针对每次发动机停机的中性位置偏差量的计算过程(图11)以及长循环中性位置偏差量的平均过程(图13)对应于由经时变化检测部所执行的过程。目标浮置位置的设定过程(图20)对应于由目标浮置位置改变部所执行的过程。
根据上述的第三实施方式，可获得以下优点。
(1)由于目标浮置位置Sf设定为对应于干扰和经时变化的正确位置，以及由于产生上述第一或第二实施方式的效果，因此能够防止滑模控制中的不稳定性以及能够改进阀开启侧的坐置速度。
[第四实施方式]
本实施方式与上述第一到第三实施方式的不同之处在于：执行对位移x和提升传感器检测得到的电压V之间的关系进行设立和校正的过程，其中所述关系由图12中的映射、函数等表示，并且，其他结构与第一到第三实施方式中的任一个实施方式相同。因而，除了新的附图，现参照第一到第三实施方式中的附图进行描述。
将执行如图22所示的出厂校正过程作为关系f的设定过程，并且执行如图24所示的车上校正过程作为关系f的校正过程。
现对出厂校正过程(图22)进行描述。该过程在电磁阀4组装结束时由测量用计算机执行。可替代地，在将电磁阀4安装在内燃发动机中时由测量用计算机执行所述过程。另外，可以在将电磁阀4安装在内燃发动机中时通过控制用ECU 2执行所述过程。在通过测量用计算机进行校正的情形下，将所述校正值写为ECU 2的非易失性储存器中的校正值。在本实施方式中，在电磁阀4的组装结束之后，通过设置在安设有所述电磁阀4的测量仪器中的测量用计算机执行所述过程。
在该情形下，假设在安设到测量仪器之前的组装阶段的最后步骤，完成相对于作为硬件的电磁阀4将其设定在正确的中性位置的调节工作。
如果执行出厂校正过程(图22)，则测量用计算机首先通过设置在测量仪器中的驱动装置而将电流施加到电磁阀4的下线圈10a，并且使提升阀6和衔铁8移动到全开位置(位移Xmin)(S900)。此外，将全开状态下的提升传感器18检测得到的电压V存储为全开时的测得电压Va(S902)。
接着，停止向下线圈10a施加电流，而将电流施加到上线圈12a，并且使提升阀6和衔铁8移动到全闭位置(位移Xmax)(S904)。此外，将全闭状态下的提升传感器18检测得到的电压V存储为全闭时的测得电压Vb(S906)。
接着，通过停止向上线圈12a施加电流，即同时停止向线圈10a和12a施加电流，而使提升阀6和衔铁8移动到中性位置(位移Xz)(S908)。此外，将中性位置状态下的提升传感器18检测得到的电压V存储为中性时的测得电压Vc(S910)。在该中性位置的测量(S908、S910)中，可以通过执行在上述第一实施方式中施行的中性位置的测量过程(图9)中的步骤S400到S418，而将中性时的测得电压Vc确定为移动平均值。此外，通过在多次执行从全闭位置到中性位置的移动以及从全开位置到中性位置的移动二者而得到的中性位置状态下对提升传感器18检测得到的电压V进行平均处理，或者对其进行移动平均，可确定出中性时的测得电压Vc。
接着，通过示出在图23中并且作为初始映射或初始函数而预先存储在测量用计算机内的表示位移x和检测得到的电压V之间的关系的初始关系g，基于由设计确定或者通过实际测量而获得的全开位置的值(位移Xmin)而计算出全开时的电压初始关系值Vamap(S912)。
以相同的方式，通过初始关系g，基于全闭位置的值(位移Xmax)而计算出全闭时的电压初始关系值Vbmap(S914)。此外，通过关系g，基于中性位置的值(位移Xz)而计算出中性时的电压初始关系值Vcmap(S916)。
此外，计算出全开位置、全闭位置和中性位置处的实际测得值和初始关系值之间的电压偏差，以便如由表达式15所示那样进行平均，并且该电压偏差被计算为平均偏差量ΔVs(S918)。
[表达式15]
ΔVs←{(Va-Vamap)+(Vb-Vbmap)+(Vc-Vcmap)}/3
接着，通过平均偏差量ΔVs对预先存储在测量用计算机内并且示出在图23中的初始关系g的值进行校正，即将初始关系g偏移平均偏差量ΔVs，由此设立关系f并且将其存储在ECU 2的储存器中(S920)。
以如上方式设立的关系f用作上述第一实施方式中由图12描述的关系f。
图24中的流程图示出在电磁阀4安装在内燃发动机之后相对于电磁阀4对关系f进行校正的通过ECU 2执行的车上校正过程。该过程对应于以短时间循环重复执行的过程。
如果启动该过程，则判定向电磁阀4的线圈10a和12a二者施加的电流是否已中断，从而停止了内燃发动机的操作(S1000)。在电流施加尚未中断的情形下(在S1000中为“否”)，该过程暂时结束。
如果电流施加已中断(在S1000中为“是”)，则根据对应于受控对象的提升阀6和衔铁8的运动方程计算出当前位移x(S1002)。
在上述第一实施方式中描述的通过ECU 2执行的滑模控制中，在未施加电磁力的状态下表达式4可由表达式16表示。
[表达式16]
x · · = K M · x - C M · x · - F M
在通过运动方程计算出当前位移x之后，判定计算得到的位移x是否对应于中性位置(S1004)。如果不对应于中性位置(在S1004中为“否”)，该过程暂时结束。步骤S1002中的过程重复进行，直到通过上述运动方程计算得到的位移x到达中性位置(在S1004中为“否”)。
如果位移x到达中性位置(在S1004中为“是”)，则将该正时的提升传感器18检测得到的电压V设定为计算中性位置电压Vzcal(S1006)。
接着，基于存储在ECU 2的储存器中的关系f计算出中性位置处的关系中性位置电压Vzmap(S1008)。
此外，根据表达式17计算出计算映射偏差量ΔVcm(S1010)
[表达式17]
ΔVcm←Vzcal-Vzmap
此外，通过计算映射偏差量ΔVcm更新关系f(S1012)。亦即，通过如图25所示沿电压方向将原始关系f偏移移动计算映射偏差量ΔVcm的量从而设定新的关系f。因而，关系f对应于电磁阀4安装在内燃发动机之后产生于电磁阀4中的经时变化的情况而发生变化。
在上述结构中，与权利要求书的对应关系如下。除了在每一个实施方式中提到的关系之外，出厂校正过程(图22)和车上校正过程(图24)中的每一个过程对应于滑模控制装置的调节方法。
根据上述的第四实施方式，可获得如下优点。
(1)能够获得本实施方式应用于其中的第一到第三实施方式中的任一个实施方式的优点。
(2)在出厂校正过程中(图22)，在提升阀定位在已知位移的状态下(全开状态、全闭状态和中性位置)，通过提升传感器18获得测得电压Va、Vb和Vc(S900到S910)。此外，通过由初始关系g对各个已知位移进行换算，从而确定出初始关系值Vamap、Vbmap和Vcmap(S912到S916)。
此外，基于测得电压Va、Vb和Vc与初始关系值Vamap、Vbmap和Vcmap之间差值而将平均偏差量ΔVs计算为校正值(S918)，并且，通过用平均偏差量ΔVs对初始关系g进行校正而确定出用于实际滑模控制的关系f(S920)。
通过基于各个已知位移确定出两个检测得到的电压以及通过基于差值对初始关系g进行校正，从而能够精确地设定表示提升传感器18检测得到的电压与提升阀6的位移的关系f。
因而，能够防止滑模控制中与电磁阀4的机器误差相应的不稳定性。
(3)由于设有车上校正过程(图24)，因此，即便在电磁阀4安装在内燃发动机中之后，仍能够根据ECU 2中的运动方程而获得当提升阀6处于特定位移状态(在该情形中为中性位置)下的检测得到的电压Vzcal，而无需使用测量仪器(S1002、S1004和S1006)。此外，能够根据上述的关系f通过对特定位移进行换算而获得提升传感器18检测得到的电压Vzmap(S1008)。通过基于以如上方式加以确定的两个检测得到的电压之间的差值ΔVcm(S1010)对关系f进行校正，能够更新关系f以精确地表示提升传感器18检测得到的电压和提升阀6的位移(S1012)。因而，能够防止滑模控制中与电磁阀4的机器误差相应的不稳定性。
因此，即便产生经时变化以及提升传感器18检测得到的电压与提升阀6的位移之间的实际关系发生变化，仍能够通过进行上述校正而使关系f恢复到精确状态。因而，能够防止滑模控制中与电磁阀4的经时变化相应的不稳定性。
特别地，在内燃发动机刚刚停止操作之后，在电磁阀4的线圈10a和12a均未产生电磁力、并且提升阀6和衔铁8仅仅通过弹簧14和16进行操作的情形下，采用所述运动方程。在上述情况下，在获得用于对关系f进行校正的数据时，不存在太多造成干扰的因素，从而能够更加精确地进行校正。
(4)即便ECU 2中不设有车上校正过程(图24)，但是在将电磁阀4从内燃发动机上拆下并且将其安设到测量仪器的情形下，仍然能够通过出厂校正过程而处理所述经时变化(图22)。
亦即，通过如上所述将电磁阀4从内燃发动机上拆下并且将其接附到测量仪器进行测量，并且，校正ECU 2内的映射数据从而进行改写，则能够使关系f恢复到精确状态。因而，能够防止滑模控制中与电磁阀4的经时变化相应的不稳定性。
[第五实施方式]
在每一个实施方式中，气缸内压外力Fcl均通过气缸内压传感器2b检测的气缸内压Pcl与端口压力传感器2c检测的端口压力Ppt之间的压差计算。代替上述方法，如在本实施方式中，在没有气缸内压传感器2b和端口压力传感器2c的情况下，根据物理方程计算气缸内压外力Fcl，从而用于比如第一到第四实施方式中的每一个实施方式中的滑模控制。
气缸内压外力的计算过程示出在图26中。该过程对应于以内燃发动机的固定曲柄角(例如介于3度至6度之间的固定曲柄角)的转动循环重复执行的过程。如果启动该过程，则首先计算出气缸内压Pcl(S1100)。
在本实施方式中，根据通过将隔热和燃料热产生模型考虑在内而获得的表达式18到23，能够估算气缸内压Pcl。将冷却损耗、时间损耗以及泵送损耗排除在外，然而，能够通过将所述每一种损耗考虑在内而进行计算。
[表达式18]
Pcl n = Pcl n - 1 · Vcl n + Δ Q n 2 Vcl n - Vcl n - 1
[表达式19]
dQ Q = dx
[表达式20]
Q＝Hu·mf
[表达式21]
m f = 1 AFR · Vall · η v 100
[表达式22]
dx = a Δ α c ( m + 1 ) · y m · exp ( - a · y m + 1 )
[表达式23]
y = α + α 0 Δ α c
Pcln对应于当前采样时间的估算气缸内压(Pa)，并且Pcln-1对应于先前采样时间的估算气缸内压(Pa)。Vcln对应于当前采样时间的气缸容积(立方米)，Vcln-1对应于先前采样时间的气缸容积(立方米)，Vall对应于气缸总容积(L)，ΔQn对应于当前采样时间的燃料热产生量(J)，而Q则对应于总燃料热产生量(J)。dQ对应于根据维伯(vibe)模型的热产生量(J)，dx对应于从维伯模型获得的热产生率(l/deg)，Hu对应于低燃料热值(J/kg，对于汽油的情况大约为44MJ/kg)，mf对应于燃料质量(kg)，ηv对应于容积效率，而AFR则对应于空燃比(大约14.5)。a和m对应于维伯形状参数，α对应于曲柄角，α0对应于燃烧开始曲柄角，而Δαc则对应于燃烧时间段。根据内燃发动机转速和内燃发动机负荷率(或者还包括空燃比)，通过映射计算出维伯形状参数a和m、燃烧开始曲柄角α0以及燃烧时间段Δαc。
可通过表达式24计算出气缸容积Vcl(Vcln和Vcln-1)。
[表达式24]
Vcl = Abr · ( ( l + r ) · cos ( ψ ) - r · · cos ( α + ψ ) - l · SQRT ( 1 - ( r / l · sin ( α + ψ ) - e / l ) 2 ) ) + v 0
r对应于曲柄半径，l对应于连杆长度，e对应于曲柄销偏移量，Abr对应于气缸孔面积，vo对应于燃烧室容积，而ψ＝arcsin(e/(r+1))。
根据上述计算，如图27B所示，计算出对应于曲柄角(℃A)的气缸内压Pcl。图27A示出根据维伯模型的热产生量dQ随曲柄角变化的情形。
接着，计算端口压力Ppt(Pa)(S1102)。对于排气口的情况，通过物理方程进行计算，如由表达式25所示。而对于进气口的情况，则由表达式26进行计算。
[表达式25]
Ppt = ( 100 + 25 Vall 7000 · N e ) / 1000
[表达式26]
Ppt＝ηv/1000
Ne对应于内燃发动机转速(rpm)。
基于以如上方式计算出的气缸内压Pcl，由表达式27相继地计算出气缸内压外力Ft(S1104)。
[表达式27]
Ft = ( P cl n - Ppt ) π d v 2 4
dv对应于提升阀6的直径。
接着，判定提升阀6是否处于操作启动正时(S1106)。所述操作启动正时对应于在阀闭合状态下启动阀开启操作的正时，以及在开启状态下启动阀闭合操作的正时。
如果尚未处于阀操作启动正时(在S1106中为“否”)，则该过程暂时结束。因而，在尚未处于阀操作启动正时的状态下(在S1106中为“否”)，步骤S1100到S1104中的过程重复进行，并且相继地对气缸内压外力Ft进行重复计算。
如果处于开启阀或闭合阀的阀操作启动正时(在S1106中为“是”)，则将在之前的步骤S1100到S1104中计算出的相继的气缸内压外力Ft设定为气缸内压外力Fcl(S1108)。
因而，确定了上述的第一到第四实施方式中的每一个实施方式中的气缸内压外力Fcl，并且可以利用所述气缸内压外力Fcl连同所述中性位置偏差确定出吸引电流施加起点位移A和A2、制动电流施加终点位移A1以及目标浮置位置Sf。
例如，在排气门的气门开启控制中，如图28中的时间图所示，在气门开启正时的初始阶段(t30)时的气缸内压外力Fcl已知。因而，能够在所述初期阶段(t30)之后执行正确的滑模控制。
在上述结构中，与权利要求书的对应关系如下。在每一个实施方式提到的关系中，所述关系与其他实施方式的不同在于：气缸内压外力的计算过程(图26)对应于由干扰检测部所执行的过程。
根据上述的第五实施方式，可获得以下优点。
(1)能够获得本实施方式应用于其中的上述第一到第四实施方式中的任一个实施方式的优点。
(2)由于气缸内压外力Fcl可在不使用气缸内压传感器2b和端口压力传感器2c的情况下进行检测，因此能够简化与电磁阀4有关的整个系统。
[其他实施方式]
(a)在上述每一个实施方式中，用于计算吸引电流施加起点位移A和A2以及制动电流施加终点位移A1的映射MAPa、MAPa2和MAPa1，以及用于计算目标浮置位置Sf的映射MAPsf，通过气缸内压外力Fcl和中性位置偏差Dmp进行计算。另外，能够形成仅通过气缸内压外力Fcl计算吸引电流施加起点位移A和A2以及制动电流施加终点位移A1的映射，以及用于计算目标浮置位置Sf的映射。此外，能够形成仅通过中性位置偏差Dmp计算吸引电流施加起点位移A和A2以及制动电流施加终点位移A1的映射，以及用于计算目标浮置位置Sf的映射。
(b)在第二实施方式中，制动电流施加终点位移A1和吸引电流施加起点位移A2分别由映射MAPa1和MAPa2加以确定，然而，可以将结构制造成使得所述位移A1和A2中的任一个位移设定为固定阈值，而仅仅另一个位移由映射计算。根据该结构，也能够防止滑模控制中的不稳定性。
在上述的第三实施方式中，其结构可以制造成：使得吸引电流施加起点位移A或者制动电流施加终点位移A1和吸引电流施加起点位移A2，设定为固定阈值，而仅仅目标浮置位置Sf由映射MAPsf计算。根据该结构，也能够防止滑模控制中的不稳定性。
(c)在所有实施方式的每一个中，可以在每一个电磁阀中提供映射MAPa、MAPa1、MAPa2和MAPsf的应用，或者，仅仅设置用于平均电磁阀的一个映射，以便应用于所述电磁阀的控制。
(d)在第四实施方式中，在出厂校正过程中(图22)按三个点计算出平均偏差量ΔVs，这三个点包括全开位置、全闭位置和中性位置，然而，可以通过仅测量中性点而计算出平均偏差量ΔVs。可替代地，可以通过测量四个点或更多点计算平均偏差量ΔVs。此外，通过测量十个或更多的点，由测得值自身形成新的关系f。
在车上校正过程(图24)中，能够将检测得到的电压V设定为计算中性位置的电压Vzcal，其中所述检测得到的电压V在从由运动方程计算出的位移x到达中性位置的正时延迟与提升传感器18的响应相对应的时间之后获得。
此外，代替将关系g和f偏移平均偏差量ΔVs或计算映射偏差量ΔVcm，可以基于根据最小二乘法的近似值计算出关系f。
(e)在上述的第五实施方式中，采用的是阀开启正时的早期阶段的气缸内压外力Fcl，然而，通过确定除了早期阶段之外的其他正时的气缸内压外力Fcl而能够用于滑模控制。

Claims (27)

1.一种滑模控制装置，其中，当受到由弹性构件所施加的推动力的受控对象从一个位移端位移到另一位移端时，所述控制装置设定切换超平面并通过以使所述受控对象的状态量收敛于所述切换超平面的方式使用滑模控制来对所述受控对象进行控制，其中，在所述滑模控制中，当所述受控对象经过设置在所述受控对象的位移区域中的操作切换点时，所述控制装置切换用于控制所述受控对象的操作模式，所述控制装置包括：
干扰检测部，其检测所述滑模控制中的干扰；以及
改变部，其根据所述干扰检测部检测到的干扰来改变所述操作切换点。
2.根据权利要求1所述的控制装置，进一步包括检测所述弹性构件的经时变化的经时变化检测部，其中，所述改变部根据所述干扰检测部检测到的干扰以及所述经时变化检测部检测到的经时变化二者改变所述操作切换点。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，所述受控对象为设置在内燃发动机的电磁阀中的阀体，并且，所述干扰为基于所述内燃发动机的气缸的内侧与外侧之间的压差而作用在所述阀体上的外力。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其中，所述干扰检测部通过使用基于物理方程计算得到的气缸内压和端口压力计算所述气缸的内侧与外侧之间的压差，并且，基于计算得到的压差得到所述外力。
5.根据权利要求2所述的控制装置，其中，所述受控对象为设置在内燃发动机的电磁阀中的阀体，所述弹性构件为弹簧，所述经时变化为所述弹簧的弹簧特性的经时变化。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其中，所述弹簧特性为所述弹簧的中性位置。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其中，所述经时变化检测部包括检测所述阀体的位移的位移传感器，所述经时变化检测部通过将所述位移传感器检测到的检测值依照所述检测值与实际位移之间的关系换算成实际位移而得到位移数据，并且基于所述位移数据测量所述弹簧的中性位置的经时变化。
8.根据权利要求3到7中任一项所述的控制装置，其中，所述电磁阀通过制动电流以及吸引电流的操作或者通过吸引电流的操作而使所述阀体发生位移，并且，所述操作切换点为制动电流施加终点位移位置和吸引电流施加起点位移位置中的至少其中之一。
9.一种滑模控制装置，其中，当受到由弹性构件所施加的推动力的受控对象从一个位移端位移到另一位移端时，所述控制装置设定切换超平面并通过以使所述受控对象的状态量收敛于所述切换超平面的方式使用滑模控制来对所述受控对象进行控制，其中，在所述滑模控制中，当所述受控对象经过设置在所述受控对象的位移区域中的操作切换点时，所述控制装置切换用于控制所述受控对象的操作模式，所述控制装置包括：
经时变化检测部，其检测所述弹性构件的经时变化；
改变部，其根据所述经时变化检测部检测到的经时变化改变所述操作切换点。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其中，所述受控对象为设置在内燃发动机的电磁阀中的阀体，所述弹性构件为弹簧，所述经时变化为所述弹簧的弹簧特性的经时变化。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其中，所述弹簧特性为所述弹簧的中性位置。
12.根据权利要求11所述的控制装置，其中，所述经时变化检测部包括检测所述阀体的位移的位移传感器，所述经时变化检测部通过将所述位移传感器检测到的检测值依照所述检测值与实际位移之间的关系换算成实际位移而得到位移数据，并且基于所述位移数据测量所述弹簧的中性位置的经时变化。
13.根据权利要求10到12中任一项所述的控制装置，其中，所述电磁阀通过制动电流以及吸引电流的操作或者通过吸引电流的操作而使所述阀体发生位移，并且，所述操作切换点为制动电流施加终点位移和吸引电流施加起点位移中的至少其中之一。
14.一种滑模控制装置，其中，当受到由弹性构件所施加的推动力的受控对象从一个位移端位移到另一位移端时，所述控制装置设定切换超平面并通过以使所述受控对象的状态量收敛于所述切换超平面的方式使用滑模控制来对所述受控对象进行控制，其中，所述控制装置使所述受控对象以浮置状态保持在邻近至少一个所述位移端的目标浮置位置处，所述控制装置包括：
干扰检测部，其检测所述滑模控制中的干扰；以及
改变部，其根据所述干扰检测部检测到的干扰改变所述目标浮置位置。
15.根据权利要求14所述的控制装置，进一步包括检测所述弹性构件的经时变化的经时变化检测部，其中，所述改变部根据所述干扰检测部检测到的干扰以及所述经时变化检测部检测到的经时变化二者而改变所述目标浮置位置。
16.根据权利要求14或15所述的控制装置，其中，所述受控对象为设置在内燃发动机的电磁阀中的阀体，并且，所述干扰为基于内燃发动机的气缸的内侧与外侧之间的压差而作用在所述阀体上的外力。
17.根据权利要求16所述的控制装置，其中，所述干扰检测部通过使用基于物理方程计算得到的气缸内压和端口压力计算所述气缸的内侧与外侧之间的压差，并且，基于计算得到的压差得到所述外力。
18.根据权利要求15所述的控制装置，其中，所述受控对象为设置在内燃发动机的电磁阀中的阀体，所述弹性构件为弹簧，所述经时变化为所述弹簧的弹簧特性的经时变化。
19.根据权利要求18所述的控制装置，其中，所述弹簧特性为所述弹簧的中性位置。
20.根据权利要求19所述的控制装置，其中，所述经时变化检测部包括检测所述阀体的位移的位移传感器，所述经时变化检测部通过将所述位移传感器检测到的检测值依照所述检测值与实际位移之间的关系换算成实际位移而得到位移数据，并且基于所述位移数据测量所述弹簧的中性位置的经时变化。
21.一种滑模控制装置，其中，当受到由弹性构件所施加的推动力的受控对象从一个位移端位移到另一位移端时，所述控制装置设定切换超平面并通过以使所述受控对象的状态量收敛于所述切换超平面的方式使用滑模控制来对所述受控对象进行控制，其中，所述控制装置使所述受控对象以浮置状态保持在邻近至少一个所述位移端的目标浮置位置处，所述控制装置包括：
经时变化检测部，其检测所述弹性构件的经时变化；以及
改变部，其根据所述经时变化检测部检测到的经时变化改变所述目标浮置位置。
22.根据权利要求21所述的控制装置，其中，所述受控对象为设置在内燃发动机的电磁阀中的阀体，所述弹性构件为弹簧，所述经时变化为所述弹簧的弹簧特性的经时变化。
23.根据权利要求22所述的控制装置，其中，所述弹簧特性为所述弹簧的中性位置。
24.根据权利要求23所述的控制装置，其中，所述经时变化检测部包括检测所述阀体的位移的位移传感器，所述经时变化检测部通过将所述位移传感器检测到的检测值依照所述检测值与实际位移之间的关系换算成实际位移而得到位移数据，并且基于所述位移数据测量所述弹簧的中性位置的经时变化。
25.一种用于滑模控制装置的调节方法，其中，所述控制装置获得受到由弹性构件所施加的推动力的受控对象的位置作为位移传感器的检测值，并且基于预定关系将所述检测值换算成所述受控对象的位移，并且，当所述受控对象从一个位移端位移到另一位移端时，所述控制装置设定切换超平面并通过以使所述受控对象的状态量收敛于所述切换超平面的方式使用滑模控制来对所述受控对象进行控制，其中所述状态量基于所述换算得到的位移，并且，在所述滑模控制中，当所述受控对象经过设置在所述受控对象的位移区域中的操作切换点时，所述控制装置切换用于控制所述受控对象的操作模式，所述方法包括：
在所述受控对象位于已知位移处的状态下，从所述位移传感器获得检测值；
根据所述关系将已知位移状态换算成所述位移传感器的检测值；以及
基于从所述位移传感器获得的检测值与由所述换算获得的检测值之间的差值对所述关系进行校正。
26.一种用于滑模控制装置的调节方法，其中，所述控制装置获得受到由弹性构件所施加的推动力的受控对象的位置作为位移传感器的检测值，并且基于预定关系将所述检测值换算成所述受控对象的位移，并且，当所述受控对象从一个位移端位移到另一位移端时，所述控制装置设定切换超平面并通过以使所述受控对象的状态量收敛于所述切换超平面的方式使用滑模控制来对所述受控对象进行控制，其中所述状态量基于所述换算得到的位移，并且，在所述滑模控制中，当所述受控对象经过设置在所述受控对象的位移区域中的操作切换点时，所述控制装置切换用于控制所述受控对象的操作模式，所述方法包括：
在所述受控对象的特定位移状态下，从所述位移传感器获得检测值，所述特定位移状态基于表示所述受控对象的运动状态的运动方程来确定；
根据所述关系将所述特定位移状态换算成所述位移传感器的检测值；以及
基于从所述位移传感器获得的所述检测值与由所述换算获得的所述检测值之间的差值对所述关系进行校正。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述运动方程对应于所述受控对象的位移仅由所述弹性构件的推动力引起的运动状态。
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