CN1407223A - 发动机转速控制装置 - Google Patents

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Abstract

在使用中央处理装置的发动机的电子调速控制中，通过不使用计算表，减轻CPU的负担。使实际转速相对发动机的目标转速的偏差为零地计算用于调节燃料供给量的节气门的控制量。控制量通过由CPU构成的控制量计算部(107)计算出。第1计算部(107A)计算出现在的转速相对目标转速Ne(tgt)的偏差D。偏差D由基于现在转速Ne(0)与上次转速Ne(－1)的差的修正值A和基于上次转速与再上次转速Ne(－2)的差的修正值B修正。第2计算部(107B)计算出考虑了由节气门开度θTH(0)和目标转速Ne(tgt)形成的负荷的修正值E。第3计算部(107C)计算出D/E，输出节气门开闭值PθTH。

Description

发动机转速控制装置
技术领域
本发明涉及发动机的转速控制装置，特别是涉及考虑了负荷的发动机转速控制装置。
背景技术
在作为交流电源装置使用的发动机驱动的发电机中多使用逆变装置使输出频率稳定化。在这种发动机驱动的发电机中，由发动机驱动发电机产生交流，将其一时变换成直流后，用逆变装置变换成商用频率后输出。在使用逆变装置的发动机中，输出频率不受发动机转速影响，所以，可根据发动机转速的控制获得与负荷对应的输出。
例如，记载于日本特开平5-18285号公报的逆变式发动机根据逆变装置的输出电流检测负荷，根据该检测出的负荷的大小进行发动机的节气门控制。通过该控制，不论负荷如何变动，都可将输出电压维持为一定。
在节气门控制中，将现在转速(实际转速)相对于目标转速的差信号和转速的变化速度信号输入到中央运算处理装置(CPU)计算出控制量，根据该控制量使节气门开度变化，调节燃料供给量。本发明人提出在驱动发电机的发动机的控制装置中将构成用于对发电机的输出交流进行整流的变流器的半导体元件的导通角维持为预定值地对节气门开度进行控制即使其变化的方案(日本特开平11-308896号公报)。
在上述现有的发动机控制装置中，为了计算控制量，预先准备存储计算所需的参数的表。使用上述差信号和转速的变化速度信号等，检索该表，求出控制量。
在对表进行检索求出控制量的方法中，为了进行与发动机负荷对应的控制，需要进行包含节气门开度的各种参数的处理等及很多的信息处理。使用表进行这样的很多参数的处理的场合，表大而且复杂。结果，CPU的负担变大(控制任务变重)，为了提高发动机回转的稳定性而考虑了负荷的控制相反可能使稳定性受到破坏。另外，由于当在CPU的负担变大时对其它控制也产生影响，所以，为了避免该影响，必须使用处理能力高的高速CPU。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题而作出，其目的在于提供一种发动机转速控制装置，该发动机转速控制装置不使CPU的负担增大，可在考虑负荷的同时确保发动机回转的稳定性。
为了达到上述目的，本发明提供一种发动机转速控制装置，该发动机转速控制装置具有消除实际转速相对发动机目标转速的偏差地调节燃料供给量的燃料供给量调节装置；其第1特征在于：作为上述燃料供给量调节装置，具有由步进马达驱动的节气门和计算上述步进马达的控制量的中央运算处理装置，在上述中央运算处理装置中，根据基于现在转速与上次转速的差和上次转速与再上次转速的差的修正值修正现在转速相对上述目标转速的偏差，根据该修正后的值计算出上述控制量。
按照第1特征，在中央运算处理装置根据发动机的目标转速、实际转速、及过去的发动机转速计算出控制量。这样，根据各参数按使用数学式子的运算处理计算出控制量。
另外，本发明的第2特征在于，在上述中央运算处理装置中，进行由从预定的增量值减去节气门开度值的函数和发动机实际转速的函数中的至少一方获得的值除上述控制量的修正运算。按照第2特征，可相应于节气门开度值和目标转速为代表的负荷状态修正控制量。
附图说明
图1为示出本发明一实施形式的控制量运算部的要部功能的框图。
图2为使用了本发明一实施形式的控制装置的发动机驱动的发电机的框图。
图3为本发明一实施形式的燃料量控制部的框图。
具体实施方式
下面，根据附图详细说明本发明的一实施形式。图2为使用本发明一实施形式的控制装置的发动机驱动的发电机的构成的框图。在磁铁式多极发电机(以下简单地称为“发电机”)1连接内燃机(发动机)2，发电机1由发动机2驱动产生多相(典型情况为3相)的交流。变流器3具有将作为半导体元件的可控硅组装到电桥中的整流电路，由发电机1产生的交流由该变流器3进行全波整流后变换成直流。该直流输入到逆变器4。逆变器4将输入的直流变换成商用频率(例如50Hz)的单相交流，供给到外部负荷5。
在发动机2的节气门6连接步进马达7，该节气门6的开度相应于从燃料量控制部10供给到步进马达7的脉冲信号进行控制。根据与节气门开度对应的燃料供给量决定发动机转速。
电压检测部8检测变流器3的直流输出电压。可控硅驱动电路9比较预先施加的目标电压(例如170V)与上述输出电压，使测量的变流器3的实际输出电压与目标电压相等地按公知的适当手法控制构成变流器3的可控硅的导通。由该构成在与上述可控硅的导通角控制范围相应的输出电流范围将变流器3的输出电压保持为目标电压。
图3为示出燃料量控制部10的功能的框图。燃料量控制部10的各种运算功能由中央运算处理装置即CPU实现。导通角检测部101根据从可控硅驱动电路9输出到变流器3的控制信号检测可控硅的导通角。导通角按预定周期连续地检测，并计算出其平均导通角。平均导通角最好例如按移动平均计算出预定次数(例如10次)的连续数据。
由导通角检测部101计算出的平均导通角输入到偏差检测部102，检测出相对目标导通角的偏差。即，根据该偏差，判断发电机1是否在输出有富余的状态下运行。目标导通角例如设定为80％。目标导通角可与一般的控制目标相同地具有一定的滞后。目标导通角也可相应于发动机温度变化。例如，当发动机温度较低时减小目标导通角。这样，使由偏差检测部102检测出的偏差为“0”地将发动机转速控制为目标转速，维持在发电机1具有余量的状态。
目标转速更新部103相应于从偏差检测部102输入的偏差输出转速调整量。目标转速存储部104将从目标转速更新部103输入的目标转速调整量加到已存放的目标转速而获得新的目标转速。目标转速不超过设定于最高·高低转速设定部105的最高转速或最低转速地更新。加上上述目标转速调整量后，当上述目标转速从上述范围脱离时，上述最高转速或上述最低转速成为新的目标转速。限定最低转速是因为，低转速时可控硅导通角对很小量的转速变化作出反应，所以，通过防止这一点，可良好地维持无负荷-轻负荷的稳定性。
转速检测部106检测发电机1的转速。控制量计算部107根据从转速检测部106输入的实际转速和从目标转速存储部104读入的目标转速由比例、微分运算运算用于使实际转速相对目标转速的偏差为0的控制量。对于控制量计算部107的运算，将在后面说明。节气门控制部108相应于控制量运算部的运算结果，输出用于驱动步进马达7的脉冲数。步进马达7相应于其回转，使节气门开度变化。
下面，说明在控制量计算部107中用于运算的计算式的一例的说明。作为步进马达的控制量的节气门开闭值PθTH使用式(1)计算。
PθTH＝D/E……(式1)
(式1)中的偏差D和修正值E使用式(2)、(3)计算。
D＝目标转速Ne(tgt)-现在转速Ne(0)-A+B-C……(式2)
E＝b-(开度θTH(0)/c)-(目标转速Ne(tgt)/d)……(式3)
上述偏差D为由修正值A、B、C修正现在转速Ne(0)相对目标转速Ne(tgt)的偏差后获得的值。修正值A、B、C根据现在转速和过去的转速计算出。修正值A为现在转速Ne(0)与上次转速Ne(-1)的差的函数，修正值B为上次转速Ne(-1)与再上次转速Ne(-2)的差的函数，都表示转速的变化，考虑了收敛程度。另外，修正值C为现在转速Ne(0)与几次前的转速Ne(-a)和Ne(-2a)的差的函数，表示长时间的起伏。在该修正值C中考虑了几次前的运算时的转速Ne(-a)和Ne(-2a)。修正值A、B、C使用式(4)、(5)、(6)计算。
A＝Ne(0)-Ne(-1))……(式4)
B＝β(Ne(-1)-Ne(-2))……(式5)
C＝γ(Ne(0)-2Ne(-a)+Ne(-2a))/64……(式6)
根据计算出修正值E的(式3)，节气门开度θTH(0)越大，目标转速Ne(tgt)越高，则修正值E越小。当修正值E减小时，如根据(式1)可理解的那样，节气门开闭值PθTH增大。
换言之，在节气门开度θTH大(负荷重)或目标转速高的场合，节气门开闭值PθTH进行增大修正，节气门6的回转量增大(增量大)。另外，节气门角度θTH小(负荷轻)或目标转速低的场合，节气门开闭值PθTH进行减少修正，节气门6的回转量减小(增量小)。
在使用上述运算式的运算中，(式2)的运算与比例运算相当，由式(4)-(式6)进行的运算与微分运算相当。由使用这些运算结果的步进马达7进行的节气门6的动作与积分动作相当，所以，作为发动机转速控制整体，可由比例、积分、微分运算进行PID控制。
用于上述各计算式的系数α、β、γ为根据发动机的类型和用途决定的值，预先根据实验等设定。另外，变量a、b、c、d也使用同样地预先决定的值。
在不使用全部修正值A、B、C例如不考虑长时间的起伏的场合，设系数γ为“0”，可不采用修正值C地变形。
图1为示出控制量计算部107的要部功能的框图。如该图所示，在第1计算部107A使用(式2)计算出根据修正值A、B考虑了发动机转速的变化的现在转速Ne(0)相对目标转速Ne(tgt)的偏差D。在这里，不考虑修正值C。如该图所示，在减法运算部11计算现在转速Ne(0)相对目标转速Ne(tgt)的差DV1(第1偏差)。在减法运算部12，计算上次转速Ne(-1)与现在转速Ne(0)的差DV2(第2偏差)。在减法运算部13，计算上次转速Ne(-1)与再上次转速Ne(-2)的差DV3(第3偏差)。在乘法运算部14，将系数α与第2偏差DV2相乘，在乘法运算部15将系数β与第3偏差DV3相乘。
在第2计算部107B，使用(式3)计算作为现在节气门开度θTH(0)和目标转速Ne(tgt)的函数的修正值E。在第3计算部107C使用(式1)根据由第1计算部107A计算出的偏差D和由第2计算部107B计算出的修正值E计算节气门开闭值PθTH。该节气门开闭值PθTH作为决定步进马达的回转角的控制量的脉冲数供给到步进马达7。
下面说明使用上述计算式的具体的节气门开闭值PθTH的例子。目标转速Ne(tgt)＝3500rpm，现在转速Ne(0)＝2500rpm，上次转速Ne(-1)＝2400rpm，再上次转速Ne(-2)＝2400rpm。系数α＝20，β＝5，变量b＝155，变量d＝64。当处于这样的状态时，使用(式2)，计算“3500-2400-20×(2500-2400)+5×(2400-2400)”，求出偏差D“800”。
另一方面，使用(式3)计算“155-(3500/64)”，求出修正值E“95”。在修正值E的计算中，示出了仅考虑目标转速的例子。
最后，通过由修正值E除偏差D(式1)计算出“800/95”，“8.0”作为控制步进马达的脉冲数即节气门开闭值PθTH求出。由(式1)产生的尾数部分的舍去等处理可根据发动机的状态等决定。
这样，在本实施形式中，当进行步进马达7的控制量运算时，不使用表，通过对使用了数值的计算式加以应用，可减轻CPU的负担。另外，通过使用了修正值的增量调节，实现了将发动机转速的变化和负荷状态也不考虑进去了的控制。
如可从以上的说明看出的那样，按照第1、2项发明，当使用中央运算处理装置时，不使用计算表，通过利用数值的计算，可控制发动机的节气门开度。因此，中央运算处理装置的负担大幅度减轻。另外，通过计算实际转速相对目标转速的偏差的比例运算、由过去的转速计算转速变化的微分运算、及基于控制量的节气门的开闭动作进行的积分动作，整体上进行PID控制，所以，可确保发动机回转的稳定性和相对负荷的急剧变化的良好的跟踪性。
按照第2项发明，根据节气门开放目标转速非常细致地监视负荷状态，根据其进行确实的增量调节。

Claims (2)

1.一种发动机转速控制装置，具有使实际转速相对发动机目标转速的偏差为零地调节燃料供给量的燃料供给量调节装置；其特征在于：上述燃料供给量调节装置具有由步进马达驱动的节气门和计算上述步进马达的控制量的中央运算处理装置；上述中央运算处理装置具有用基于现在转速与上次转速的差以及上次转速与再上次转速的差的修正值，来修正现在转速相对上述目标转速的偏差的装置、以及根据该修正后的值计算出上述控制量的装置。
2.根据权利要求1所述的发动机转速控制装置，其特征在于：上述中央运算处理装置包含修正运算装置，该修正运算装置用从预定的增量值减去节气门开度值的函数和发动机的实际转速的函数的至少一方而获得的值来除上述控制量。
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