CN1854489A - 控制设备的控制装置 - Google Patents

Abstract

控制设备的控制装置。本发明的课题是容易地调节控制输出的过冲以及对目标值的追随延迟。作为解决手段，用于控制设备的装置具有计算施加给该设备的控制输入的控制器，以使设备的控制输出收敛于目标值。该控制器对于调节控制输出的变化相对于目标值的变化的相对速度的参数，根据该设备的状态来确定值，基于具有该确定的值的参数来计算控制输入。该参数可以包含改变控制输入的变化相对于目标值的变化的相对速度的第一参数以及经由对目标值进行校正后的校正完成目标值来改变控制输出的变化的相对速度的第二参数。

Description

控制设备的控制装置

技术领域

本发明涉及可以高效地抑制控制输出的过冲以及对目标值的追随延迟的、控制设备的装置。

背景技术

以往，提出了通过响应指定型控制来控制模型化的控制对象(也称为设备)的方法(参照专利文献1)。使用响应指定型控制时，可以使设备的输出(控制输出)以所希望的速度收敛于目标值。特别是根据作为响应指定型控制的一种形式的2自由度响应指定型控制，可以个别地指定控制输出对目标值的追随速度、以及在设备上施加了干扰时的控制输出相对于目标值的偏差的收敛速度。

[专利文献1]日本特开2005-023922号公报

在设备表现非线性特性的情况下，即使使用了响应指定型控制时，有时也发生控制输出的过冲以及对目标值的追随延迟。例如，由于机械摩擦的影响或单向作用的如弹簧这样的非线性要素的影响，有时发生这样的追随延迟以及过冲。

图19示出了控制内燃机的进气或排气门的升程量的情况下的、过冲以及追随延迟的一例。参照图19(a)，示出了在时间t1打开气门时的、目标值Lift_cmd_f(更详细地说为后述的滤波完成目标值Lift_cmd_f)以及实际检测出的升程量Lift。可知升程量Lift对目标值Lift_cmd_f的追随发生了延迟。参照图19(b)，示出了在时间t2关闭气门时的、目标值Lift_cmd_f以及实际检测出的升程量Lift。可知升程量Lift发生过冲。这样的追随延迟以及过冲有时由于驱动气门的致动器(设备)而产生。例如，在致动器中设有被推向气门关闭的方向的复位弹簧，在关闭气门时，由于该复位弹簧的复原力的影响，控制输出(升程量)有时超过目标值。在打开气门时，由于气门抵抗复位弹簧的推力而移动，所以控制输出对目标值的趋近有时发生延迟。

过冲以及追随延迟可能引起排气、燃耗以及驾驶性能的降低。此外，过冲可能破坏致动器。

如果过度抑制过冲，则控制输出对目标值的追随延迟可能增大，此外，如果过度抑制追随延迟，则可能增大过冲。

从而，需要可以对于表现出非线性特性的设备提高鲁棒性而高效地抑制过冲以及追随延迟的控制装置。

发明内容

根据本发明的一方面，用于控制设备的装置具有控制器，其计算施加给该设备的控制输入，以使设备的控制输出收敛于目标值。该控制器根据该设备的状态来确定用于调节控制输出的变化相对于目标值的变化的相对速度的参数的值，并基于具有该确定的值的参数来计算该控制输入。

根据本发明，由于可以通过上述参数来确定与设备的状态对应的控制输出的变化速度，所以可以根据设备的状态来对控制输出的过冲以及追随延迟进行控制。

根据本发明的一种实施方式，上述参数包含用于改变控制输入的变化相对于目标值的变化的相对速度的第一参数。控制器基于该第一参数来计算控制输入。这样，通过基于第一参数来调节控制输入的变化速度，可以改变控制输出的变化速度。

在本发明的另一种实施方式中，该第一参数是对构成控制输入的要素中的至少一个进行加权的参数(Keq_r)。通过第一参数的加权，可以改变控制输入的变化速度。即，可以改变控制输出的变化速度。

在本发明的一种实施方式中，构成该控制输入的要素是基于目标值计算出的前馈项。这样的前馈项良好地响应于目标值的变化。从而，通过对前馈项进行加权，可以良好地调节控制输入的变化速度。

在本发明的一种实施方式中，控制器被构成为实施可以指定控制输出对目标值的收敛速度的响应指定型控制。构成上述控制输入的要素中的至少一个是用于将设备的状态量限制在由响应指定型控制规定的切换线上的等价控制输入。这样，通过对主要确定控制输入的动作的等价控制输入进行的加权，可以改变控制输入的变化速度。

根据本发明的一种实施方式，上述参数包含通过对目标值进行校正而得到的校正完成目标值来改变控制输出的变化相对于目标值的变化的相对速度的第二参数。控制装置还具有根据该第二参数来生成该校正完成目标值的目标值计算单元。控制器计算控制输入，使得控制输出追随该校正完成目标值。这样，通过基于根据第二参数生成的校正完成目标值来计算控制输入，可以改变控制输出的变化速度。

在本发明的一种实施方式中，第二参数包含斜率参数(Lrate)。目标值计算单元生成相对于目标值的变化具有对应于斜率参数的斜率的斜坡状的信号作为校正完成目标值。由于计算控制输入，使得控制输出追随斜坡状的信号，所以可以根据该斜率参数来改变控制输出的变化速度。

在本发明的一种实施方式中，第二参数包含渐近特性参数(POLE_f)，目标值计算单元生成相对于目标值的变化具有对应于渐近特性参数的渐近特性的指数函数形状的信号作为校正完成目标值。由于计算控制输入，使得控制输出追随指数函数形状的信号，所以可以根据该渐近特性参数来改变控制输出的变化速度。

在本发明的一种实施方式中，在设备的状态成为有可能引起过冲的状态时，将上述参数设定为第一值，以便降低控制输出的变化相对于目标值变化的相对速度，在该设备的状态脱离该状态时，将该参数重置为第二值，以便恢复该相对速度。这样，在可能引起过冲时，通过降低控制输出的变化速度而避免过冲，在其它的情况下，通过恢复该相对速度，来维持高的追随性。

在本发明的另一种实施方式中，在设备的状态成为有可能引起过冲的状态时，将上述参数设定为第一值，以便降低控制输出的变化相对于目标值的变化的相对速度，在该设备的状态成为有可能引起控制输出对目标值的追随延迟的状态时，将上述参数设定为第二值，以便提高该相对速度。这样，通过根据设备的状态切换参数的值，可以避免过冲以及追随延迟。

设备的状态包含目标值的变化速度。这样，可以根据目标值的变化速度来调节控制输出的变化速度，以便抑制过冲以及追随延迟。

本发明可应用于各种设备。在一种实施方式中，设备是可以改变内燃机中所设置的气门的升程量的升程机构。在该情况下，可以根据正在关闭还是正在打开气门来确定上述参数的值。

升程装置一般在气门正在关闭时和正在打开时表现出不同的动作。根据本发明，可以通过参数的值来抑制升程量的过冲以及对目标值的追随延迟，所以在气门正在关闭时以及正在打开时都可以稳定地控制气门的动作。

附图说明

图1是概略地表示基于本发明的一个实施例的发动机及其控制装置的图。

图2是表示基于本发明的一个实施例的可变升程机构的图。

图3是基于本发明的一个实施例的控制装置的方框图。

图4是表示基于本发明的一个实施例的目标值以及滤波完成目标值的动作的图。

图5是表示基于本发明的一个实施例的响应指定型控制中的设备的状态量的收敛的图。

图6是表示基于本发明的一个实施例的与干扰响应指定参数对应的收敛速度的图。

图7是表示在目标值变化的情况下的、构成控制输出、控制输入、等价控制输入、以及等价控制输入的要素各自的动作的图。

图8是表示基于本发明的一个实施例的、使用调节增益时的控制结果的图。

图9是表示基于本发明的一个实施例的、对于目标值的斜坡信号。

图10是用于说明基于本发明的一个实施例的、生成斜坡信号的方法的图。

图11是表示基于本发明的一个实施例的、基于斜坡信号生成的滤波完成目标值的动作的图。

图12是用于说明基于本发明的一个实施例的、渐近特性参数的切换的图。

图13是基于本发明的一个实施例的、控制器以及目标值计算单元的详细的功能方框图。

图14是基于本发明的一个实施例的、控制气门的过程的流程图。

图15是基于本发明的一个实施例的、用于求出目标值的映射图。

图16是基于本发明的一个实施例的、计算控制输入的过程的流程图。

图17是基于本发明的一个实施例的、使调节增益恒定的情况下的控制的结果的图。

图18是表示基于本发明的一个实施例的、根据设备的状态而切换使用调节增益、斜率参数、以及渐近特性参数的值的情况下的、控制结果的图。

图19是表示现有的气门控制中的、控制输出对目标值的追随延迟以及过冲的图。

具体实施方式

接着参照附图说明本发明的实施方式。图1是基于本发明的实施方式的、内燃机(以下，称为发动机)及其控制装置的整体结构图。

电子控制单元(以下，称为‘ECU’)1是具有中央运算处理装置(CPU)1b的计算机。ECU 1具有存储器1c，该存储器1c具有：只读存储器(ROM)，其存储用于实现车辆的各种控制的计算机程序以及该程序的实施所需的映射图、以及随机存取存储器(RAM)，其提供用于CPU 1b的运算的工作区域，暂时地存储程序以及数据。而且，ECU 1具有：接收从车辆的各部发送来的数据的输入接口1a、以及向车辆的各部发送控制信号的输出接口1d。

在本实施例中，发动机2是四缸四冲程的发动机，在图中概略地示出了其中的一个气缸。发动机2经由进气门3与进气管4连接，经由排气门5与排气管6连接。根据来自ECU 1的控制信号来喷射燃料的燃料喷射阀7设置在进气管4上。在燃烧室8中设有根据来自ECU 1的点火正时信号来进发火花的火花塞9。

发动机2将从进气管4吸入的空气和从燃料喷射阀7喷射的燃料的混合气体吸入到燃烧室8中，利用由火花塞9产生的火花来燃烧该混合气体。混合气体的体积通过该燃烧而增大，将活塞10压向下方。活塞10的往返运动被转换为曲轴11的旋转运动。在四冲程发动机中，发动机的循环由吸入、压缩、燃烧以及排气行程构成。活塞10在每一循环往返两次。

在发动机2中设有曲轴角传感器17。曲轴角传感器17随着曲轴11的旋转，向ECU 1输出作为脉冲信号的CRK信号以及TDC信号。

CRK信号是按照预定的曲轴角(例如，每30度)输出的脉冲信号。ECU 1根据该CRK信号计算发动机2的转速NE。TDC信号是按照与活塞10的TDC位置(上死点)关联的曲轴角输出的脉冲信号。

升程量传感器21与ECU 1连接。升程量传感器21检测进气门3(和/或排气门5)的升程量Lift，将其发送给ECU 1。在本实施例中，按照预定的时间间隔(例如，5毫秒)检测升程量Lift。

可变升程装置26是可以根据来自ECU 1的控制信号来改变进气门3的升程量的装置。可变升程装置26可以通过任意的已知的方法来实现。当然，可以将可变升程装置26构成为还可以改变排气门5的升程量。参照图2而后面叙述本实施例中所使用的可变升程装置26的一例。

向ECU 1发送的信号被传送到输入接口1a，进行模拟-数字转换。CPU 1b根据存储在存储器1c中的程序来处理转换后的数字信号，作出用于发送给车辆的致动器的控制信号。输出接口1d将这些控制信号发送给燃料喷射阀7、火花塞9以及其它的机械要素的致动器。

图2表示基于本发明的一个实施例的、可变升程装置26中所搭载的可变升程机构。可变升程机构具有凸轮轴31、挺杆螺钉32、摇臂35。挺杆螺钉32位于进气门3的上端，与摇臂35的一端连接。摇臂35具有与设置在凸轮轴31上的凸轮33滚动接触的滚子34。由具有与凸轮轴31平行的轴线的支撑筒44来可旋转地支撑滚子34。在摇臂35上连接有第一连杆臂36以及第二连杆臂37。

设在第一连杆臂36的一端部的支撑轴41在固定位置与气缸盖12连接。设在第二连杆臂37的一端部的支撑轴42可以由致动器(未图示)无级地驱动。将进气门3的升程量设为最大时，第二连杆臂37的支撑轴42配置在图2(a)所示的位置上。将升程量从最大值开始减小时，如图2(b)所示，通过致动器使第二连杆臂37的支撑轴42向下方移动。

摇臂35的瞬间中心C为连接支撑轴41以及支撑筒44的直线和连接支撑轴42以及连接轴45的直线之间的交点。支撑轴42通过致动器而从图2(a)移动到图2(b)的位置时，杠杆比、即挺杆螺钉32对进气门的接触点与瞬间中心C间的距离A，和滚子34对凸轮33的接触点和瞬间中心C间的距离B之比(＝A/B)变化。图2(b)的杠杆比小于图2(a)的杠杆比。

通过这样的杠杆比的变化，如果在支撑轴42位于图2(a)所示的位置时，由凸轮33顶起滚子34，则升程量为最大，如果支撑轴42位于图2(b)所示的位置时，由凸轮33顶起滚子34，则升程量为最大值的例如20％左右。

可以通过致动器而无级地改变支撑轴42的位置，从而，也可以无级地改变杠杆比。其结果是，可以无级地改变进气门3的升程量。致动器从ECU 1接收调制信号Ulift_f，根据该调制信号Ulift_f来改变支撑轴42的位置。

图3是基于本发明的一个实施例的、对设备进行控制的装置的方框图。典型地，在ECU 1中实现控制器51、目标值计算单元52以及调制器53。在一种实施方式中，这些功能由存储在ECU 1的存储器1c中的计算机程序实现。作为代替，也可以通过软件、硬件、固件以及它们之间的任意的组合来实现。

在本实施例中，设备是如图2所示的可变升程装置26。可变升程装置26可以如式(1)这样进行模型化。Lift是通过可变升程装置26对进气门3进行驱动而得到的该进气门3的升程量(称为控制输出)，通过升程量传感器21进行检测。Ulift是由控制器51计算出的控制输入。a1、a2、b1以及b2是模型参数。c1是施加在可变升程装置26上的干扰的估计值。模型参数以及干扰估计值可以通过仿真等来预先设定，也可以递推地进行辨识。k表示控制时刻。

Lift(k+1)＝a1·Lift(k)+a2·Lift(k-1)+b1·Ulift(k)+b2·Ulift(k-1)+c1  (1)

控制器51基于模型式(1)计算用于使控制输出(实际升程量Lift)收敛于目标值Lift_cmd的控制输入Ulift。在本实施例中，控制器51使用具有响应指定型控制发展而来的形式的2自由度响应指定型控制来计算控制输入。响应指定型控制是可以指定控制输出相对于目标值的偏差的收敛速度的控制(作为一例，有滑模控制)。2自由度响应指定型控制是可以个别地指定该控制输出相对于目标值的追随速度和对设备施加了干扰时的控制输出相对于目标值的偏差的收敛速度的控制。

设有目标值计算单元52，以实施2自由度响应指定型控制。目标值计算单元52使用规定上述追随速度的参数(目标值响应指定参数)对根据发动机的运转状态而确定的目标值Lift_cmd进行滤波，计算滤波完成目标值Lift_cmd_f。控制器51计算控制输入Ulift，以使控制输出Lift追随该滤波完成目标值Lift_cmd_f，从而使控制输出Lift收敛于目标值Lift_cmd。

调制器53使用预定的调制算法对控制输入Ulift进行调制。控制输入Ulift通过调制而被转换为具有开关特性的调制信号Ulift_f。该调制信号Ulift_f被施加给可变升程装置26。预定的调制算法优选Δ∑调制算法、Δ调制算法以及Δ调制算法中的任意一种。这些调制算法具有随着升程量Lift接近目标值、控制输入Ulift的变动越小，则调制信号Ulift_f的开关频率越高的特性，从而，可以提高对目标值的收敛性。作为代替，也可以使用其它的调制方式。例如，可以使用PWM这样的调制。

作为代替，可以在不设置调制器53的情况下将来自控制器51的控制输入Ulift施加给可变升程装置26。

这里，(101)～(106)表示以往由控制器51执行的、用于计算控制输入Ulift的公式，(107)表示以往由目标值计算单元52执行的、用于计算滤波完成目标值Lift_cmd_f的公式。

Ulift(k)＝Ueq(k)+Urch(k)+Un1(k)  (101)

$\mathrm{Ueq}\left(k\right)=\frac{1}{b1}\{(1-a1-\mathrm{POLE})\mathrm{Lift}\left(k\right)+(\mathrm{POLE}-a2)\mathrm{Lift}(k-1)+\mathrm{Llift}\_\mathrm{cmd}\_f(k+1)-\mathrm{cl}$

$+(\mathrm{POLE}-1)\mathrm{Lift}\_\mathrm{cmd}\_f\left(k\right)-\mathrm{POLELift}\_\mathrm{cmd}\_f(k-1)-b2\mathrm{Ulift}(k-1)\}$

                                 (102)

$\mathrm{Urch}\left(k\right)=-\frac{\mathrm{Krch}}{b1}\mathrm{\σ}\left(k\right)---\left(103\right)$

$\mathrm{Unl}\left(k\right)=-\frac{\mathrm{Kn}1}{b1}\mathrm{sgn}\left(\mathrm{\σ}\right)---\left(104\right)$

σ(k)＝Elf(k)+POLE Elf(k-1)      (105)

Elf(k)＝Lift(k)-Lift_cmd_f(k-1)  (106)

Lift_cmd_f(k)＝-POLE_f·Lift_cmd_f(k-1)+(1+POLE_f)Lift_cmd(k)

                                  (107)

对于上述公式进行说明。目标值计算单元52使用目标值响应指定参数POLE_f，对目标值Lift_cmd应用一阶延迟滤波器(低通滤波器)，计算滤波完成目标值Lift_cmd_f(式(107))。目标值响应指定参数POLE_f是如前所述的规定控制输出对目标值的追随速度的参数，优选设定为满足-1＜POLE_f＜0。

图4示出了由线61表示的目标值Lift_cmd、由线62表示的在POLE_f＝-0.2的情况下由式(107)计算出的滤波完成目标值Lift_cmd_f、以及由线63表示的在POLE_f＝-0.6的情况下由式(107)计算出的滤波完成目标值Lift_cmd_f。从图可知，通过目标值响应指定参数POLE_f，目标值Lift_cmd的变化被转换为相对于该目标值的变化具有渐近特性的指数函数的曲线。目标值响应指定参数POLE_f的绝对值越小，则对目标值Lift_cmd的渐近性越高。

在时间t1，目标值Lift_cmd激增到Lcmd1。通过计算控制输入，使得控制输出追随由线62和63表示的曲线，可以使控制输出更平滑地趋近目标值Lcmd1。

与使控制输出追随线63相比，使控制输出追随线62可以更早到达目标值Lcmd1。这样，根据目标值响应指定参数POLE_f的值，控制输出到达目标值的时间发生变化。

控制器51计算控制输入Ulift，以使控制输出追随该滤波完成目标值Lift_cmd_f。下面说明该方法。

控制器51对切换函数σ进行定义(式(105))。Elf是实际升程量Lift和滤波完成目标值Lift_cmd_f之间的偏差(式(106))。切换函数σ规定该偏差Elf的收敛动作。POLE是规定施加了干扰时的偏差Elf的收敛速度的参数，优选设定为满足-1＜POLE＜0。

这里，说明切换函数σ和参数POLE。在2自由度响应指定型控制中，确定控制输入Ulift，使得切换函数σ成为零。

$\begin{array}{c}\mathrm{\σ}\left(k\right)=0\\ \⇓\\ \mathrm{Elf}\left(k\right)=-\mathrm{POLE}\·\mathrm{Elf}(k-1)\end{array}---\left(108\right)$

式(108)表示没有输入的一阶延迟系统。即，2自由度响应指定型控制将偏差Elf控制为约束在式(108)所示的一阶延迟系统中。

图5表示纵轴取Elf(k)且横轴取Elf(k-1)的相位平面。在相位平面上示出了由式(108)表现的切换线71。将点72假设为设备的状态量(Elf(k-1)，Elf(k))的初始值时，2自由度响应指定型控制将该状态量设定到切换线71上而约束在该切换线71上。这样，由于状态量被约束在无输入的一阶延迟系统中，所以随着时间的推移，该状态量自动地收敛于相位平面的原点(即，Elf(k)，Elf(k-1)＝0)。通过将状态量约束在切换线71上，可以在不受到干扰的影响的情况下使状态量收敛于原点。

图6的标号73、74以及75表示干扰响应指定参数POLE分别为-1、-0.8、-0.5的情况下的偏差Elf的收敛速度。随着该响应指定参数POLE的绝对值减小，偏差Elf的收敛速度加快。

由式(102)表示的等价控制输入Ueq进行动作，使得设备的状态量约束在切换线上。从而，需要满足式(109)。

σ(k+1)＝σ(k)      (109)

基于式(109)和上述模型式(1)，如式(102)这样求出等价控制输入Ueq。

控制器51进一步计算趋近律输入Urch(式(103))。趋近律输入Urch是用于将状态量设定到切换线71上的输入。Krch表示增益。控制器51进一步计算非线性输入Un1(式(104))。非线性输入Un1是用于将状态量振动地(伴随往返动作)约束在切换线71的附近的输入。Kn1表示增益。考虑到控制输出的稳定性以及快速响应性等，通过仿真等预先辨识增益Krch以及Kn1的值。

控制器51将等价控制输入Ueq、趋近律输入Urch以及非线性输入Un1相加，计算控制输入Ulift(式(101))。

作为代替，在控制器51实施自由度为1的响应指定型控制的形式中，不需要通过目标值计算单元52对目标值进行滤波。控制器51计算控制输入Ulift，使得控制输出追随目标值Lift_cmd。不实施式(107)，由目标值Lift_cmd置换其它式中的滤波完成目标值Lift_cmd_f。

根据这样的现有的方法计算控制输入Ulift时，如参照图19说明的那样，由于设备的非线性特性等，可能发生控制输出对于目标值的追随延迟，或者控制输出过冲。

在本发明中，提供了用于高效地抑制这样的追随延迟及过冲的方法。

控制输出的动作基于控制输入以及目标值。通过调节控制输入的动作或目标值的动作，可以抑制控制输出的追随延迟以及过冲。例如，由于控制输出不能追随目标值的变化，因此引起参照图19(a)说明的追随延迟。通过控制输入和(或)目标值的动作的调节，加快控制输出的变化速度时，可以抑制这样的追随延迟。

此外，由于控制输出超越目标值而引起如参照图19(b)说明的过冲。通过控制输入和(或)目标值的动作的调节，减慢控制输出的变化速度时，可以抑制这样的过冲。

在本发明中，规定用于调节控制输出的变化相对于目标值的变化的相对速度的参数，通过该参数，可以容易地调节该控制输出的动作。通过这样的调节，可以高效地抑制控制输出的追随延迟以及过冲。

上述参数中的一个(第一参数)是可以通过改变控制输入的变化速度来改变该控制输出的变化速度的参数。该参数中的另一个(第二参数)是可以经由校正后的目标值改变该控制输出的变化速度的参数。第二参数还可以包含两个参数(斜率参数以及渐近特性参数)。

以下，说明这些参数。

第一参数

如前所述，在本实施例中，控制输入Ulift由等价控制输入Ueq、趋近律输入Urch以及非线性输入Un1构成。在图7中，在(b)中示出了如(a)所示、在时间t1滤波完成目标值Lift_cmd_f响应于目标值Lift_cmd变化而变化的情况下的、控制输入Ulift的动作。在图7(a)中示出了对设备施加了基于控制输入Ulift调制后的信号Ulift_f的情况下的控制输出Lift。

参照图7(c)，示出了等价控制输入Ueq、趋近律输入Urch以及非线性输入Un1的动作。等价控制输入Ueq表现出与控制输入Ulift相似的动作。趋近律输入Urch响应于时间t1的目标值的变化而发生稍许变动。即使目标值发生变化，非线性输入Un1也几乎不变动，而在零附近推移。

比较图7(b)和图7(c)可知，控制输入Ulift的动作主要取决于(受控于)等价控制输入Ueq。因此，着眼于用于计算等价控制输入Ueq的式(102)时，等价控制输入Ueq可以如式(2)这样分解。

$\mathrm{Ueq}\left(k\right)-\frac{1}{b1}\{(1-a1-\mathrm{POLE})\mathrm{Lift}\left(k\right)+(\mathrm{POLE}-a2)\mathrm{Lift}(k-1)+\mathrm{Llift}\_\mathrm{cmd}\_f(k+1)-\mathrm{cl}$

$+(\mathrm{POLE}-1)\mathrm{Lift}\_\mathrm{cmd}\_f\left(k\right)-\mathrm{POLELift}\_\mathrm{cmd}\_f(k-1)-b2\mathrm{Ulift}(k-1)\}$

$=\mathrm{Ueq}\_x1\left(k\right)+\mathrm{Ueq}\_x2\left(k\right)+\mathrm{Ueq}\_x3\left(k\right)+\mathrm{Ueq}\_\mathrm{delta}\left(k\right)+\mathrm{Ueq}\_r\left(k\right)---\left(2\right)$

$\mathrm{Ueq}\_x1\left(k\right)=\frac{1}{b1}(1-a1-\mathrm{POLE})\mathrm{Lift}\left(k\right)---\left(11\right)$

$\mathrm{Ueq}\_x2\left(k\right)=\frac{1}{b1}(\mathrm{POLE}-a2)\mathrm{Lift}(k-1)---\left(12\right)$

$\mathrm{Ueq}\_x3\left(k\right)=\frac{b2}{b1}\mathrm{Ulift}(k-1)---\left(13\right)$

$\mathrm{Ueq}\_\mathrm{delta}\left(k\right)=-\frac{c1}{b1}---\left(14\right)$

$\mathrm{Ueq}\_r\left(k\right)=\frac{1}{b1}\{\mathrm{Llift}\_\mathrm{cmd}\_f(k+1)+(\mathrm{POLE}-1)\mathrm{Lift}\_\mathrm{cmd}\_f\left(k\right)$

$-\mathrm{POLELift}\_\mathrm{cmd}\_f(k-1)\}---\left(15\right)$

参照图7(d)，示出了通过等价控制输入Ueq的分解而得到的构成要素各自的动作。第一构成要素Ueq_x1表示与第二构成要素Ueq_x2关于零线对称的动作。第二构成要素Ueq_x2表示与滤波完成目标值Lift_cmd_f相似的动作。第三构成要素Ueq_x3表示响应于目标值的变化而发生稍许变动、与趋近律输入Urch相似的动作。第四构成要素Ueq_delta表示大致沿着零线推移、与非线性输入Unl相似的动作。第五构成要素Ueq_r表示与等价控制输入Ueq相似的动作。

分别比较图7(d)所示的第一至第五的构成要素的动作和图7(c)所示的等价控制输入Ueq的动作可知，通过第五构成要素Ueq_r，大致确定了等价控制输入Ueq的动作。这样，目标值变化时的等价控制输入Ueq的动作主要取决于第五构成要素Ueq_r。第五构成要素Ueq_r是如式(15)所示那样基于滤波完成目标值Lift_cmd_f计算的前馈项。该前馈项与第一至第四构成要素不同，是可以与偏差Elf的产生无关地运算的项。从而，对于目标值的变化的响应最快，对目标值变化时的控制输出Lift的动作最有影响。

在本发明的一种实施方式中，对第五构成要素Ueq_r加权。通过调节该权重，调节等价控制输入Ueq的变化速度，从而，可以调节控制输入Ulift的变化速度。由Keq_r表示该权重，称为调节增益。这相当于上述第一参数。

式(16)是用于基于该调节增益Keq_r来计算等价控制输入Ueq的公式。调节增益Keq_r取大于0的正值。

$\mathrm{Ueq}\left(k\right)=\frac{1}{b1}[(1-a1-\mathrm{POLE})\mathrm{Lift}\left(k\right)+(\mathrm{POLE}-a2)\mathrm{Lift}(k-1)$

$+\mathrm{Keq}\_r\{\mathrm{Llift}\_\mathrm{cmd}\_f(k+1)+(\mathrm{POLE}-1)\mathrm{Lift}\_\mathrm{cmd}\_f\left(k\right)$

$-\mathrm{POLELift}\_\mathrm{cmd}\_f(k-1)\}-b2\mathrm{Ulift}(k-1)-c1]$

(16)

在调节增益Keq_r＝1的情况下，与现有的式(102)等价。使调节增益Keq_r大于1时，与现有的式(102)的情况相比，等价控制输入Ueq的变化相对于滤波完成目标值Lift_cmd_f的变化的速度变快，从而，控制输出的变化速度变快。在要提高控制输出对滤波完成目标值的追随性的情况下，增加调节增益Keq_r的值即可(例如，设为Keq_r＞1)。此外，使调节增益Keq_r小于1时，与现有的式(102)的情况相比，等价控制输入Ueq的变化相对于滤波完成目标值Lift_cmd_f的变化的速度变慢，从而控制输出的变化速度变慢。在要抑制过冲的情况下，减少调节增益Keq_r的值即可(例如，设为Keq_r＜1)。

控制器51使用代替式(102)而根据式(16)计算出的等价控制输入Ueq来计算控制输入Ulift。

参照图8，表示使用了调节增益Keq_r的情况下的控制结果。参照图8(a)，滤波完成目标值Lift_cmd_f的线、以及表示实际升程量Lift的线81与图19(a)所示的情况相同。线81表示不使用调节增益Keq_r，而使用了根据现有的式(102)计算出的等价控制输入Ueq的情况(即，Keq_r＝1)。线82表示使用调节增益Keq_r根据式(16)计算出的等价控制输入Ueq的情况下的升程量Lift。使调节增益Keq_r大于1(例如，1.1)，以提高对滤波完成目标值的追随性。线82与线81相比，滤波完成目标值Lift_cmd_f变化时(时间t1)的上升速度快，提高了升程量对滤波完成目标值的追随性。这样，在打开气门时，通过增大调节增益Keq_r，可以提高升程量对滤波完成目标值的追随性。

图8(b)的滤波完成目标值Lift_cmd_f的线、以及表示实际升程量Lift的线83与图19(b)所示的情况相同。线83表示不使用调节增益Keq_r而使用了根据现有的式(102)计算出的等价控制输入Ueq的情况(即，Keq_r＝1)。线84表示使用调节增益Keq_r根据式(16)计算出的等价控制输入Ueq的情况下的升程量Lift。使调节增益Keq_r小于1(例如，0.7)，以抑制升程量的过冲。线84与线83相比，滤波完成目标值Lift_cmd_f变化时(时间t2)的下降速度慢，抑制了过冲(在本例中，相对于线83，过冲的量大约减少40％)。这样，在关闭气门时，通过减小调节增益Keq_r，可以抑制升程量的过冲。

如上所述，在控制器51实施自由度为1的响应指定型控制的情况下，不需要通过目标值计算单元52进行目标值的滤波。在该情况下，控制器51计算控制输入Ulift，使得控制输出Lift追随目标值Lift_cmd。通过与前述同样的方法，可以通过调节增益Keq_r调节控制输出Lift的变化相对于目标值Lift_cmd的变化的相对速度。

第二参数

接着，说明第二参数。第二参数是可以经由校正后的目标值来改变控制输出相对于目标值的变化速度的相对变化速度的参数。第二参数还可以包含斜率参数以及渐近特性参数。

对于斜率参数进行说明。参照图9，目标值Lift_cmd在时间t1从Lcmd1急剧地变化为Lcmd2。示出了由该目标值Lift_cmd生成的斜坡信号Lift_cmd_ramp，该斜坡信号Lift_cmd_ramp在时间t2到达Lcmd2。显然，斜坡信号Lift_cmd_ramp的变化速度比目标值Lift_cmd的变化速度慢。通过计算控制输入Ulift，使得控制输出追随该斜坡信号Lift_cmd_ramp，与计算控制输入，使得控制输出追随目标值Lift_cmd的情况相比，可以降低控制输出Lift的变化相对于目标值Lift_cmd的变化的相对速度。由斜坡信号的斜率来确定该相对速度。表示该斜率的参数相当于上述的斜率参数。

目标值计算单元52根据式(17)～(20)生成斜坡信号Lift_cmd_ramp。这里，斜率参数由Lrate表示，具有大于零的正值。k表示控制时刻。

m(k)＝Lift_cmd(k)-Lift_cmd_ramp(k-1)       (17)

Lift_cmd_ramp(k)＝p(k)+Lift_cmd_ramp(k-1)  (18)

$\left\{\begin{array}{cc}\left|m\left(k\right)\right|\≤\mathrm{Lrate}& p\left(k\right)=m\left(k\right)---\left(19\right)\\ \left|m\left(k\right)\right|>\mathrm{Lrate}& p\left(k\right)=\mathrm{Lrate}\·\mathrm{sig}\left(m\left(k\right)\right)---\left(20\right)\end{array}\right.$

说明上述式。式(18)是用于生成斜坡信号Lift_cmd_ramp的公式。式(18)中的p(k)通过式(19)以及(20)中的任意一个来计算。如式(17)所示，m(k)表示目标值Lift_cmd的本次值和斜坡信号Lift_cmd_ramp的前次值之差。如果该差小于等于斜率参数Lrate，则将该差代入p(k)。如果该差大于斜率参数Lrate，则将该斜率参数Lrate的值代入p(k)。sgn( )为符号函数，如果该差为正值，则将+Lrate代入p(k)，如果该差为负值，则将-Lrate代入p(k)。

参照图10，具体说明生成斜坡信号的方法。假设在控制时刻(k-1)，目标值Lift_cmd取Lcmd1的值，在时刻k，目标值变化为Lcmd2。此外，假设控制时刻k-1的斜坡信号Lift_cmd_ramp的值为Lcmd1(点91)。在时刻k，通过从Lcmd2减去Lcmd1而得到m(式(17))，其由Δcmd1表示。在本例中，由于Δcmd1大于斜率参数Lrate的值，所以对p设定+Lrate。根据式(18)，控制时刻k的斜坡信号具有(Lcmd1+Lrate)的值(点92)。

时刻k的斜坡信号的值为(Lcmd1+Lrate)，从时刻k到k+1，目标值Lift_cmd维持Lcmd2。通过从Lcmd2减去(Lcmd1+Lrate)而得到时刻k+1的m。由于其结果大于斜率参数Lrate，所以对p(k)设定+Lrate。根据式(18)，控制时刻k+1的斜坡信号具有(Lcmd1+2×Lrate)的值(点93)。

时刻k+1的斜坡信号的值为(Lcmd1+2×Lrate)，从时刻k+1到k+2，目标值Lift_cmd维持Lcmd2。通过从Lcmd2减去(Lcmd1+2×Lrate)而得到时刻k+2的m。由于其结果小于等于Lrate，所以对p设定m、即(Lcmd2-Lcmd1-2×Lrate)。根据式(18)，控制时刻k+2的斜坡信号具有Lcmd2的值(点94)。

越减小斜率参数Lrate的值，则控制输出Lift的变化相对于目标值Lift_cmd的变化的相对速度变得越慢。为了提高追随性，只要增大斜率参数Lrate的值，以提高该相对速度即可。为了抑制过冲，只要减小斜率参数Lrate的值，以减缓该相对速度即可。

在一种实施方式中，目标值计算单元52不实施前述的滤波。斜坡信号Lift_cmd_ramp为前述的‘校正后的目标值’。控制器51计算控制输入Ulift，使得控制输出追随该校正后的目标值。将式(101)～(106)中的Lift_cmd_f置换为Lift_cmd_ramp。

在另一种实施方式中，如式(21)所示，目标值计算单元52基于斜坡信号Lift_cmd_ramp，计算滤波完成目标值Lift_cmd_f。基于该斜坡信号计算出的滤波完成目标值为前述的‘校正后的目标值’。

Lift_cmd_f(k)＝-POLE_f·Lift_cmd_f(k-1)

               +(1+POLE_f)Lift_cmd_ramp(k)    (21)

参照图11，线95表示基于目标值Lift_cmd，根据式(107)计算出的滤波完成目标值Lift_cmd_f，线96表示基于斜坡信号Lift_cmd_ramp，根据式(21)计算出的滤波完成目标值Lift_cmd_f。

通过基于斜坡信号来实施滤波，斜坡信号Lift_cmd_ramp被转换为相对于该斜坡信号Lift_cmd_ramp的变化具有渐近特性的指数函数的曲线96。如前所述，目标值响应指定参数POLE_f的绝对值越小，越能提高对斜坡信号Lift_cmd_ramp的渐近性。

可知，在时间t1目标值Lift_cmd从Lcmd1变化到Lcmd2时，线96所示的滤波完成目标值Lift_cmd_f的上升速度比线95所示的滤波完成目标值Lift_cmd_f缓慢。这样，通过对斜坡信号Lift_cmd_ramp进行滤波，可以生成上升速度更加缓慢的滤波完成目标值Lift_cmd_f。越减小斜率参数Lrate的值，则目标值变化时的控制输出的响应的动作变得越缓慢。

控制器51使用这样基于斜坡信号生成的滤波完成目标值Lift_cmd_f，根据式(101)～(106)计算控制输入Ulift。

接着，说明渐近特性参数。渐近特性参数使用前述的目标值响应参数POLE_f。如参照图4在前面叙述的那样，通过目标值响应参数POLE_ f，目标值Lift_cmd的变化被转换为相对于该目标值Lift_cmd的变化具有渐近特性的指数函数形式的曲线。从图4可知，线62和63所示的滤波完成目标值的变化速度比线61所示的目标值Lift_cmd的变化速度慢。通过计算控制输入Ulift，使得控制输出追随滤波完成目标值Lift_cmd_f，与计算控制输入，使得控制输出追随目标值Lift_cmd的情况相比，可以降低控制输出的变化相对于目标值Lift_cmd的变化的相对速度。

越减小目标值响应指定参数POLE_f的绝对值，渐近性变得越强，滤波完成目标值Lift_cmd_f的变化速度变得越快。从而，为了提高追随性，只要减小渐近特性参数POLE_f的绝对值，以加快该相对速度即可。为了抑制过冲，只要增大渐近特性参数POLE_f的绝对值，以减缓该相对速度即可。

以往，为了维持高的控制输出对目标值的追随速度，预先设定了目标值响应指定参数POLE_f。但是，如果将目标值响应指定参数POLE_f固定为这么快的值，则根据设备的状态，可能由于过快的追随速度引起过冲。从而，在本发明中，根据设备的状态，确定目标值响应指定参数POLE_f的值。在本说明书中，将其值根据设备的状态而改变的目标值响应指定参数称为渐近特性参数，使用渐近特性参数计算出的滤波完成目标值Lift_cmd_f相当于上述的‘校正后的目标值’。

目标值计算单元52执行以下的式(22)～(25)，根据设备的状态来切换渐近特性参数POLE_f的值。

在v(k)≤dClose并且r(k)＜0时，POLE_f＝POLE_f_low  (22)

除此以外时，                 POLE_f＝POLE_f_high (23)

这里，v(k)＝Lift_cmd(k)-Lift_cmd(k-1)            (24)

      r(k)＝v(k)+Jr·r(k-1)                      (25)

此外，如果式(26)所示的条件成立，则目标值计算单元52将渐近特性参数POLE_f恢复为作为默认值的POLE_f_high。这里，Kr是预先确定的重置条件值。

|r(k)|≤Kr         (26)

式(25)表示用于对目标值Lift_cmd的变化v应用一阶延迟滤波器的公式，Jr表示预定的判断参数。目标值的变化(参照图12的例子时，目标值在时间t1从零变化为Lcmd1)在瞬间完成。基于这样的一瞬间的变化来切换渐近特性参数的值时，导致具有切换后的值的渐近特性参数反映到控制输入Ulift中的过程瞬间就结束。从而，为了使改变渐近特性参数的值的条件持续，使用一阶延迟滤波器将目标值的瞬间变化转换为持续变化。如果这样计算出的r(k)为正值，则表示气门当前正在打开，如果为负值，则表示气门当前正在关闭。

POLE_f_high是默认值，被设定为用于将控制输出对目标值的追随速度维持高速的值(例如0.8)。如式(23)所示，除了按照这样快的追随速度可能会引起过冲的情况以外，把渐近特性参数的值设定为该默认值。

在式(22)中示出了可能引起过冲的条件的一例。dClose是预先确定的预定值，为负值。气门关闭时的升程量的变化用负值表示。r(k)＜0、并且v(k)≤dClose的情况表示气门当前正在关闭、目标值的变化的绝对量(每个控制循环)大于dClose的绝对值。在气门正在以预定以上的速度关闭的情况下，由于前述的复位弹簧的影响，可能引起过冲。从而，将渐近特性参数POLE_f设定为POLE_f_low，降低追随速度。如前所述，POLE_f随着其绝对值减小，追随速度变快，所以POLE_f_high的绝对值＜POLE_f_low的绝对值的关系成立。

参照图12，说明由上述式实现的动作的一例。在时间t1，升程量的目标值Lift_cmd从零变化为Lcmd1。这表示向打开的方向改变气门。由于升程量的变化用正值表示，所以r(k)具有正值。根据式(23)，渐近特性参数POLE_f被设定为POLE_f_high。这样，在气门打开时，维持高的控制输出对目标值的追随速度。

在时间t2，目标值Lift_cmd从Lcmd1变化为Lcmd2。这表示向关闭的方向改变气门。由于其升程量的变化用负值表示，所以r(k)具有负值。由于目标值的变化v的绝对量小于dClose的绝对值，所以根据式(23)，渐近特性参数POLE_f被设定为高的值POLE_f_high。即使在关闭气门的情况下，在升程量的变化量小时，控制输出的变化速度小，所以难以发生过冲。从而，将渐近特性参数的值设定为POLE_f_high，以避免控制输出对目标值的追随延迟。

在时间t3，目标值从Lcmd2变化为Lcmd3。这表示向关闭的方向改变气门。由于其升程量的变化用负值表示，所以r(k)具有负值。由于目标值的变化v的绝对量大于dClose的绝对值，所以根据式(22)，渐近特性参数POLE_f被设定为POLE_f_low。这样，在气门以预定以上的速度关闭时，容易发生过冲，所以降低控制输出对目标值的追随速度。

渐近特性参数POLE_f被设定为Pole_f_low之后，根据式(26)，如果信号r的绝对值小于等于重置条件值Kr，则将渐近特性参数POLE_f重置为POLE_f_high(时间t4)。这样，仅在设备处于可能引起过冲的状态时，改变渐近特性参数POLE_f的值，以使追随速度变慢，如果脱离了该状态，则重置渐近特性参数POLE_f的值，以维持高的追随速度。

图13是基于本发明的一种实施方式的、控制器51以及目标值计算单元52(图3)的详细的功能方框图。典型地，如参照图3已经叙述的那样，这些功能在ECU 1中实现。

设备状态判断部110判断设备(在本实施例中为可变升程装置26)的状态。在本实施例中，基于目标值Lift_cmd的变化，判断进气(或排气)门当前正在关闭还是正在打开。此外，状态判断部110计算目标值Lift_cmd的每单位时间的变化量(变化速度)。

调节增益确定单元111根据设备的状态，确定调节增益Keq_r的值。在本实施例中，调节增益Keq_r具有大于1的预定值Keq_r_high作为初始值。在气门关闭的速度大于等于预定值时(这表示容易引起过冲的状态)，将调节增益Keq_r的值改变为小于1的预定值Keq_r_low，减缓控制输出的变化相对于目标值变化的相对速度。在除此以外的情况下，为了提高追随性，将调节增益Keq_r的值重置为Keq_r_high。

斜率参数确定单元112根据设备的状态，确定斜率参数Lrate的值。在本实施例中，斜率参数Lrate具有预定值Lrate_high作为初始值。在气门关闭的速度为大于等于预定值时，为了抑制过冲，将斜率参数Lrate的值改变为预定值Lrate_low，在除此以外的情况下，为了提高追随性，重置为预定值Lrate_high(＞Lrate_low)。

渐近特性参数确定单元113根据设备的状态，确定渐近特性参数POLE_f的值。在本实施例中，渐近特性参数POLE_f具有POLE_f_high作为初始值。在气门关闭的速度大于等于预定值时，为了抑制过冲，将渐近特性参数POLE_f的值改变为预定值POLE_f_low，在除此以外的情况下，为了提高追随性，重置为预定值POLE_f_high。这里，POLE_f_high的绝对值＜POLE_f_low的绝对值的关系成立。

等价控制输入计算部114基于具有这样确定的值的调节增益Keq_r，根据式(16)，计算等价控制输入Ueq。滤波完成目标值计算部115基于具有这样确定的值的斜率参数Lrate和根据发动机的运转状态求出的升程量的目标值Lift_cmd，根据式(17)～(20)，生成斜坡信号Lift_cmd_ramp。进而，滤波完成目标值计算部115基于斜坡信号Lift_cmd_ramp，根据式(21)，计算滤波完成目标值Lift_cmd_f。

控制输入计算部116使用滤波完成目标值Lift_cmd_f，根据式(103)以及(104)，计算趋近律输入Urch以及非线性输入Un1。进而，控制输入计算部116将由等价控制输入计算部114计算出的等价控制输入Ueq与趋近律输入Urch及非线性输入Un1相加(式(101))，计算控制输入Ulift。

图14是基于图13所示的实施例的、控制气门的过程的流程图。按预定的时间间隔(例如，5毫秒)实施该流程图。

在步骤S1中，基于发动机转速NE以及发动机负荷，参照如图15所示的映射图，求出升程的目标值Lift_cmd。发动机转速越高而且发动机的负荷越高(负荷可以由进气量的目标值表示)，升程的目标值Lift_cmd越增大。

在步骤S2中，调查标志F_fs的值。在可变升程装置26以及与该装置关联的构成要素(例如ECU)中发生任何故障时，该标志被设定为值1。此外，在可能产生气门和活塞之间的干涉的情况下，该标志也被设定为值1。如果步骤S2的判断为“是”，则对控制输入Ulift设定预定值Ulift_fs(例如零)(S3)。如果对预定值Ulit_fs设定了零，则气门的升程量被控制为默认值(例如10毫米)。

如果步骤S2的判断为“否”，则进至步骤S4，计算控制输入Ulift(图16)。在步骤S5中，对控制输入Ulift应用预定的调制算法，生成调制信号Ulift_f。该调制信号Ulift_f被输入给可变升程装置26。

图16是图14的步骤S4中所执行的、计算控制输入Ulift的过程的流程图。

在步骤S11中，根据所述式(24)，计算升程的目标值Lift_cmd的变化量v，进而根据式(25)，对该变化量v应用一阶延迟滤波器，计算r。在步骤S12中，基于r以及v的值，判断气门在从前次的循环(k-1)到本次的循环(k)的期间内是否关闭了大于等于预定量dClose。如果步骤S12的判断为“是”，则对渐近特性参数POLE_f设定POLE_f_low，对斜率参数Lrate设定Lrate_low，进而，对调节增益Keq_r设定Keq_r_low。如果步骤S12的判断为“否”，则对渐近特性参数POLE_f设定POLE_f_high，对斜率参数Lrate设定Lrate_high，进而，对调节增益Keq_r设定Keq_r_high。

在步骤S15中，根据式(17)，计算目标值的本次值Lift_cmd(k)与斜坡信号的前次值Lift_cmd_ramp(k-1)之差m。在步骤S16中，比较该差m和斜率参数Lrate的值。如果步骤S16的判断为“是”，则根据式(20)，将该斜率参数Lrate的值代入p(S17)。如果步骤S16的判断为“否”，则根据式(19)将该差m代入p(S18)。在步骤S19中，根据式(18)，生成斜坡信号Lift_cmd_ramp。进而，根据式(21)，使用斜坡信号Lift_cmd_ramp计算滤波完成目标值Lift_cmd_f。

步骤S20中，如式(16)所示，使用调节增益Keq_r计算等价控制输入Ueq。根据式(103)以及(104)，计算趋近律输入Urch以及非线性输入Un1。将等价控制输入Ueq、趋近律输入Urch以及非线性输入Un1相加，计算控制输入Ulift。

参照图17以及图18，说明基于本发明的一种实施方式的控制效果的一例。

图17表示根据现有的式(107)计算出滤波完成目标值的情况下的控制结果。这里，使用了调节增益Keq_r，该调节增益Keq_r被固定为小于1的值(在本例中，为0.6)，以抑制过冲。POLE_f被用作为目标值响应指定参数，如以往那样，被固定为比较快的值(在本例中，为0.93)。不使用斜率参数Lrate。

在时间t1，目标值Lift_cmd从Lcmd1变化为Lcmd2(未图示)，气门开始向打开的方向移动。根据式(107)，计算滤波完成目标值Lift_cmd_f。在不转换为斜坡信号的情况下计算滤波完成目标值Lift_cmd_f，所以该滤波完成目标值Lift_cmd_f的上升沿陡峭。计算控制输入Ulift，使得控制输出追随该滤波完成目标值Lift_cmd_f。由于调节增益Keq_r的作用，完全地抑制了过冲。但是，由于滤波完成目标值Lift_cmd_f的上升沿陡峭，所以升程量Lift无法追随。其结果是，升程量Lift到达Lcmd2的时间长(在时间t2附近到达，在本仿真例中，时间t1～t2约为1秒)。线105表示为了驱动气门而对可变升程装置26施加的电流。由于控制输出对目标值的追随性不好，所以时间t1周边的电流的最大值比较大。

在时间t3，气门开始向关闭的方向移动。根据式(107)计算滤波完成目标值Lift_cmd_f。由于在不转换为斜坡信号的情况下计算滤波完成目标值Lift_cmd_f，所以该滤波完成目标值Lift_cmd_f的下降沿陡峭。计算控制输入Ulift，使得控制输出追随该滤波完成目标值Lift_f_cmd。由于调节增益Keq_r的作用，完全地抑制了过冲。但是，由于滤波完成目标值Lift_cmd_f的下降沿陡峭，所以升程量Lift无法追随。其结果是，升程量Lift到达Lcmd1的时间长。由于控制输出对目标值的追随性不好，所以时间t3周边的电流的最大值比较大。特别是在关闭气门时，为了抑制复位弹簧的复原力，电流值变得过大。

这样，如果在容易引起追随延迟的气门打开时使调节增益Keq_r的值小于1，则可能增加该追随延迟，进而，如果在容易引起过冲的气门关闭时，通过调节增益Keq_r来完全地抑制该过冲，则可能产生追随延迟。

图18表示根据设备的状态来改变调节增益Keq_r、斜率参数Lrate以及渐近特性参数POLE_f，从而改变控制输出的变化相对于目标值变化的相对速度的情况。

在时间t1，目标值Lift_cmd从Lcmd1变化为Lcmd2(未图示)，气门开始向打开的方向移动。如前所述，在打开气门时，容易引起追随延迟。为了抑制该追随延迟，斜率参数Lrate被设定为Lrate_high(在本例中为0.4)，渐近特性参数POLE_f被设定为POLE_f_high(在本例中为0.91)，调节增益Keq_r被设定为Keq_r_high(＞1)。

根据式(17)～(20)，基于斜率参数Lrate根据目标值Lift_cmd生成斜坡信号之后，使用该斜坡信号以及渐近特性参数POLE_f计算出滤波完成目标值Lift_cmd_f。与图17的Lift_cmd_f的线进行比较可知，滤波完成目标值Lift_cmd_f生成为更缓慢的上升沿。计算控制输入Ulift，使得控制输出追随该滤波完成目标值Lift_f_cmd。由于滤波完成目标值Lift_cmd_f的上升沿缓慢，所以升程量Lift可以良好地追随该滤波完成目标值。此外，将调节增益Keq_r设定为大于1的值的做法也有助于该良好的追随性。与图17进行比较可知，升程量Lift到达目标值Lcmd2的时间短((t2’-t1)＜(t2-t1))。线106表示为了驱动气门而对可变升程装置26施加的电流。由于控制输出对目标值的追随性良好，所以与图17的线105相比，时间t1周边的电流的最大值低(I21＜I11)。

在时间t3，目标值Lift_cmd从Lcmd2变化为Lcmd1(未图示)，气门开始向关闭的方向移动。如前所述，在关闭气门时，容易引起过冲。为了抑制该过冲，将斜率参数Lrate切换为Lrate_low(在本例中为0.2)，将渐近特性参数POLE_f设定为POLE_f_low(在本例中为0.96)，将调节增益Keq_r切换为Keq_r_low(＜1)。

基于斜率参数Lrate根据目标值Lift_cmd生成斜坡信号之后，使用该斜坡信号以及渐近特性参数POLE_f计算滤波完成目标值Lift_cmd_f。与图17的时间t3的Lift_cmd_f的线进行比较可知，滤波完成目标值Lift_cmd_f生成为更缓慢的下降沿。此外，由于将斜率参数Lrate以及渐近特性参数POLE_f分别切换为Lrate_low以及POLE_f_low，所以滤波完成目标值的变化速度变得比打开气门时低。由于计算控制输入Ulift，使得控制输出追随表现出这样的缓慢动作的滤波完成目标值Lift_cmd_f，所以可以使升程量Lift在不过冲的情况下良好地追随滤波完成目标值Lift_cmd_f。此外，使调节增益Keq_r的值小于1的做法也有助于过冲的抑制。到达目标值Lcmd1的时间比图17短。由于控制输出对目标值的追随性良好，所以与图17的线105相比，时间t3周边的电流的最大值(用绝对值表示)小(I22＜I12)。特别是几乎不会为了抑制复位弹簧的复原力而产生过大的电流。

这样，可以根据气门的状态将第一和第二参数的值切换为最佳值，通过该切换，在打开和关闭气门时均可以抑制过冲，并提高追随性。

在参照图13～图16以及图18说明的实施例中，根据设备的状态确定了调节增益Keq_r、斜率参数Lrate以及渐近特性参数POLE_f的所有的值。但是，也可以使用这三个参数中的一个或多个计算控制输入Ulift。例如，可以根据设备的状态来仅对调节增益Keq_r的值可变地进行确定。

在上述实施方式中，使用目标值的每单位时间的变化量作为设备的状态，根据该变化量，判断气门是否正在关闭预定以上的量。在气门正在关闭时和此外时之间，切换第一和第二参数的值(图16的S11以及S12)。应注意可以根据设备而设定各种切换参数值的条件。例如，也可以根据气门正在打开、气门正在关闭、气门停止时的三种状态切换该参数的值。此外，也可以根据实际检测出的升程量的变化速度改变上述参数的值。

也可以使用不同于响应指定型控制的其它的控制来计算控制输入。在该情况下，也可以用调节增益对构成控制输入的要素进行加权，由此改变控制输出的变化速度。此外，可以通过斜率参数和(或)渐近特性参数，将目标值校正为斜坡形状的信号和(或)指数函数形状的信号，从而改变控制输出的变化速度。

上述控制方法可应用于各种设备。例如，可以将可改变凸轮的相位的可变相位装置作为设备。可变相位装置例如使用电磁制动器以及行星齿轮来实现。

此外，可以将可改变燃烧室内的压缩比的可变压缩比装置作为设备。进而，可以应用于改变设置在内燃机的进气管中的节气门的开度的致动器、自动变速器的致动器等。

本发明可应用于通用的(例如，舷外机等的)内燃机。

Claims (16)

1.一种设备控制装置，用于控制设备，其中，

具有控制器，其计算施加给设备的控制输入，以使该设备的控制输出收敛于目标值，

所述控制器根据该设备的状态来确定用于调节所述控制输出的变化相对于所述目标值的变化的相对速度的参数的值，并基于具有该确定的值的参数来计算所述控制输入。

2.如权利要求1所述的设备控制装置，其中，

所述参数包含用于改变所述控制输入的变化相对于所述目标值的变化的相对速度的第一参数，

所述控制器基于所述第一参数来计算所述控制输入。

3.如权利要求2所述的设备控制装置，其中，

所述第一参数对构成所述控制输入的要素中的至少一个进行加权。

4.如权利要求3所述的设备控制装置，其中，

构成所述控制输入的要素是基于所述目标值计算出的前馈项。

5.如权利要求3所述的设备控制装置，其中，

所述控制器被构成为实施可以指定所述控制输出对所述目标值的收敛速度的响应指定型控制，

构成所述控制输入的要素中的所述至少一个是用于将所述设备的状态量限制在由该响应指定型控制规定的切换线上的等价控制输入。

6.如权利要求1所述的设备控制装置，其中，

所述参数包含通过对所述目标值进行校正而得到的校正完成目标值来改变所述相对速度的第二参数，

该设备控制装置还包括根据所述第二参数来生成所述校正完成目标值的目标值计算单元，

所述控制器计算所述控制输入，使得所述控制输入追随所述校正完成目标值。

7.如权利要求6所述的设备控制装置，其中，

所述第二参数包含斜率参数，

所述目标值计算单元生成相对于所述目标值的变化具有对应于所述斜率参数的斜率的斜坡状的信号作为所述校正完成目标值。

8.如权利要求6所述的设备控制装置，其中，

所述第二参数包含渐近特性参数，

所述目标值计算单元生成相对于所述目标值的变化具有对应于所述渐近特性参数的渐近特性的指数函数形状的信号作为所述校正完成目标值。

9.如权利要求1所述的设备控制装置，其中，

在所述设备的状态成为有可能引起过冲的状态时，将上述参数设定为第一值，以便降低所述相对速度，在所述设备的状态脱离该可能引起过冲的状态时，将该参数重置为第二值，以便恢复所述相对速度。

10.如权利要求1所述的设备控制装置，其中，

在所述设备的状态成为有可能引起过冲的状态时，将所述参数设定为第一值，以便降低所述相对速度，在该设备的状态成为有可能引起所述控制输出对所述目标值的追随延迟的状态时，将所述参数设定为第二值，以便提高所述相对速度。

11.如权利要求1所述的设备控制装置，其中，

所述设备的状态包含所述目标值的变化速度。

12.如权利要求5所述的设备控制装置，其中，

所述响应指定型控制是2自由度响应指定型控制，可以个别地指定所述控制输出对所述目标值的追随速度、以及对所述设备施加了干扰时的该控制输出相对于该目标值的偏差的收敛速度。

13.如权利要求8所述的设备控制装置，其中，

所述控制器被构成为实施2自由度响应指定型控制，可以个别地指定所述控制输出对所述目标值的追随速度、以及对所述设备施加了干扰时的该控制输出相对于该目标值的偏差的收敛速度，

用所述控制输出对所述目标值的追随速度来表示所述渐近特性参数。

14.如权利要求13所述的设备控制装置，其中，

将所述渐近特性参数作为滤波系数，对所述目标值进行滤波，由此生成所述指数函数形状的信号。

15.如权利要求1所述的设备控制装置，其中，

所述设备是可以改变内燃机中所设置的气门的升程量的升程机构。

16.如权利要求15所述的设备控制装置，其中，

所述设备的状态表示该气门正在关闭或者正在打开。

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