DE10262104B4 - Apparatus and method for controlling the air / fuel ratio in an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem Verbrennungsmotor, wobei
die Vorrichtung mittels eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors auf der Basis
eines Abgaszustandes ein tatsächliches
Luft/Kraftstoff-Verhältnis feststellt,
mittels einer Steuereinheit ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersignal erzeugt,
das eine Regelgröße auf der
Basis des tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
während
der Durchführung
einer Regelung enthält,
und mittels eines Kraftstoffeinspritzventils eine Kraftstoffmenge
in Übereinstimmung
mit einem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis einspritzt, wobei das
Kraftstoffeinspritzventil das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersignal
empfängt,
um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
zu steuern,
gekennzeichnet durch:
eine Identifikationseinrichtung
(223) zum Berechnen von Parametern von Übertragungsfunktionen, während sequentiell
ein Regelstreckenmodell identifiziert wird, das eine Regelstrecke
zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil (5) und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
(13) durch die Übertragungsfunktionen
wiedergibt,
eine Regelgrößen-Festlegungseinrichtung
zum Festlegen der Regelgröße des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersignals
unter Verwendung der Parameter des identifizierten Regelstreckenmodells,
eine
Versatzkorrekturgrößen-Festlegungseinrichtung
zum Festlegen einer Versatzkorrekturgröße des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersignals,
und
eine Dateneingabeeinrichtung, um in die Identifikationseinrichtung
einen Wert, der durch das Addieren der Versatzkorrekturgröße zu der
Regelgröße erhalten
wird, sowie das...An apparatus for controlling the air-fuel ratio in an internal combustion engine, wherein the apparatus detects an actual air-fuel ratio by means of an air-fuel ratio sensor based on an exhaust condition, by means of a control unit, an air-fuel ratio control signal which injects a control amount based on the actual air-fuel ratio during execution of a control and injects an amount of fuel in accordance with a target air-fuel ratio by means of a fuel injection valve, the fuel injection valve being the air-fuel ratio Control signal receives to control the air / fuel ratio,
marked by:
identification means (223) for calculating parameters of transfer functions while sequentially identifying a plant model representing a control path between the fuel injection valve (5) and the air-fuel ratio sensor (13) through the transfer functions;
controlled variable setting means for setting the controlled variable of the air-fuel ratio control signal using the parameters of the identified controlled-system model,
offset correction amount setting means for setting an offset correction amount of the air-fuel ratio control signal, and
a data input means for inputting to the identification means a value obtained by adding the offset correction quantity to the controlled variable, and the data input means.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1, und ein Verfahren zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 7.The The present invention relates to a device for controlling the Air / fuel ratio in an internal combustion engine according to the preamble of the independent Patent claim 1, and a method for controlling the air / fuel ratio in an internal combustion engine according to the preamble of the independent Patent claim 7.
Eine
derartige Vorrichtung bzw. ein derartiges Verfahren zum Steuern
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in
einem Verbrennungsmotor ist aus der Druckschrift
Bei einem Verbrennungsmotor wird gewöhnlich ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem Zielwert gesteuert, um die Abgasreinigung und die Kraftstoffausnutzung zu verbessern.at an internal combustion engine becomes ordinary an air / fuel ratio controlled to a target value, to exhaust purification and fuel economy to improve.
Es
wird eine technische Lehre zum Durchführen einer derartigen Regelung
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
mit hoher Genauigkeit, in der eine Auszeit-Kompensationssteuerung
durch das Smith-Verfahren durchgeführt wird, in einer Vorrichtung
zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors angegeben
(nicht geprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 2001-164971 bzw.
Eine derartige Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses kann derart aufgebaut sein, dass eine Regel-Verstärkung der Gleitmodus-Regelung durch eine selbsteinstel lende Regelung berechnet wird. Bei dieser Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird die Regelgröße wie folgt berechnet.A Such device for controlling the air / fuel ratio may be constructed such that a rule gain of Sliding mode control is calculated by a self-adjusting control. In this device for controlling the air / fuel ratio the controlled variable will be as follows calculated.
Ein Regelstreckenmodell, das mittels einer Übertragungsfunktion eine Regelstrecke zwischen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Feststellungseinrichtung wiedergibt, wird sequentiell auf der Basis einer Kraftstoffeinspritzmenge und einem tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis identifiziert.One Plant model, the means of a transfer function a controlled system between the fuel injector and the air-fuel ratio detection means is sequentially based on a fuel injection amount and an actual one Air / fuel ratio identified.
Dann wird unter Verwendung dieses identifizierten Regelstreckenmodells (Parameters) das gesamte System einschließlich der Regelstrecke, eines Regelgrößen-Berechnungsabschnitts (mit anderen Worten eines Gleitmodus-Steuerabschnitts) und eines Auszeitkompensations-Steuerabschnitts durch eine Übertragungsfunktion wiedergegeben, wobei eine Regel-Verstärkung der Gleitmodus-Regelung berechnet wird, sodass ein Pol der Übertragungsfunktion mit einem gewünschten Pol hinsichtlich Antwortkennlinie, Überschuss, Stabilisierungsperiode usw. zusammenfällt.Then is using this identified controlled system model (Parameters) the entire system including the controlled system, one Control variable calculation section (in other words, a sliding mode control section) and a Auszeitkompensations control section through a transfer function reproduced, wherein a control gain of the sliding mode control is calculated so that one pole of the transfer function with a desired Pol as regards response characteristic, excess, stabilization period etc. coincides.
Dann wird die Regelgröße der Kraftstoffeinspritzmenge durch die Gleitmodus-Regelung unter Verwendung der berechneten Regel-Verstärkung berechnet, um eine Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in Übereinstimmung mit einer Kennlinienänderung in der Regelstrecke mit hoher Genauigkeit auszuführen.Then becomes the controlled variable of the fuel injection amount calculated by the sliding mode control using the calculated control gain, to a control of the air / fuel ratio in accordance with a characteristic change Perform in the control system with high accuracy.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei einer derartigen Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses Verbesserungen möglich sind, zum Beispiel bei der Verarbeitung von fixen Versatzkorrekturwerten wie etwa einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Lernwert und einem Wassertemperatur-Korrekturwert neben der Regelgröße und bei der Verarbeitung während einer offenen Steuerung, wenn keine Regelung durchgeführt wird, während einer Kraftstoffunterbrechung, und während der Wiederaufnahme der Regelung sowie weiterhin für den Fall, dass die Regelung nicht durchgeführt werden soll, obwohl die Regelungsbedingungen erfüllt werden.It However, it has been found that in such a controller the air / fuel ratio Improvements possible are, for example, when processing fixed offset correction values such as an air-fuel ratio learning value and a water temperature correction value next to the controlled variable and at during processing an open control, if no control is performed during a Fuel cut, and while the resumption of the scheme and continue to apply in case that the scheme is not carried out although the regulatory conditions are met.
Die
Druckschrift
Die
Druckschrift
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art anzugeben, wobei die Steuerung in einfacher und leistungsfähiger Weise ausgeführt wird.It The object of the present invention is a device and a method for controlling the air / fuel ratio in an internal combustion engine of the type mentioned, wherein the control is carried out in a simple and efficient manner.
Gemäß dem Vorrichtungsaspekt wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem Verbrennungsmotor mit dem Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.According to the device aspect the said object is achieved by a device for Controlling the air / fuel ratio in an internal combustion engine with the features of the independent claim 1.
Bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den in den Unteransprüchen dargelegt.preferred Further developments of the subject invention are set forth in the dependent claims.
Gemäß dem Verfahrensaspekt wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem Verbrennungsmotor mit dem Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 7.According to the method aspect the object is achieved according to the invention by a method for Controlling the air / fuel ratio in an internal combustion engine with the features of the independent claim 7th
Bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den in den Unteransprüchen dargelegt.preferred Further developments of the subject invention are set forth in the dependent claims.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
sind die folgenden grundlegenden Schritte vorgesehen: Feststellen
eines tatsächlichen
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
durch einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
auf der Basis eines Abgaszustands; Erzeugen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersignals
einschließlich
einer Regelgröße auf der
Basis des tatsächlichen
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses,
wenn keine Regelung durchgeführt
wird; und Einspritzen einer Kraftstoffmenge in Übereinstimmung mit dem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch
ein Kraftstoffeinspritzventil, welches das Luft/Kraftstoff-Steuersignal
empfängt;
wobei weiterhin die folgenden Schritte vorgesehen sind:
Berechnen
von Parametern von Übertragungsfunktionen,
während
sequentiell ein Regelstreckenmodell identifiziert wird, das eine
Regelstrecke zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
durch die Übertragungsfunktionen
wiedergibt,
Festlegen der Regelgröße des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersignals
unter Verwendung der Parameter des identifizierten Regelstreckenmodells,
Festlegen
einer Versatzkorrekturgröße des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersignals,
und
Identifizieren des Regelstreckenmodells unter Verwendung
eines Wertes, der durch das Addieren der Versatzkorrekturgröße zu der
Regelgröße erhalten
wird, sowie des tatsächlichen
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.According to one embodiment, the following basic steps are provided: determining an actual air / fuel ratio by an air / fuel ratio sensor based on an exhaust condition; Generating an air-fuel ratio control signal including a control amount based on the actual air-fuel ratio when no control is performed; and injecting an amount of fuel in accordance with the target air-fuel ratio through a fuel injection valve receiving the air-fuel control signal; further including the following steps:
Calculating parameters of transfer functions while sequentially identifying a plant model representing a control path between the fuel injection valve and the air-fuel ratio sensor by the transfer functions;
Determining the controlled variable of the air / fuel ratio control signal using the parameters of the identified controlled system model,
Setting an offset correction amount of the air-fuel ratio control signal, and
Identifying the controlled system model using a value obtained by adding the offset correction quantity to the controlled variable and the actual air / fuel ratio.
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
sind zusätzlich
zu den oben genannten grundlegenden Schritten weiterhin die folgenden
Schritte vorgesehen:
Berechnen von Parametern von Übertragungsfunktionen,
während
sequentiell ein Regelstreckenmodell identifiziert wird, das eine
Regelstrecke zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
durch die Übertragungsfunktionen
wiedergibt,
Berechnen einer Steuerverstärkung zum Berechnen der Regelgröße des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersignals
unter Verwendung der Parameter des identifizierten Regelstreckenmodells,
Berechnen
der Regelgröße unter
Verwendung der berechneten Steuerverstärkung, und
Verhindern
der Berechnung der Regelgröße unter
einem vorbestimmten Betriebszustand, wenn keine Regelung durchgeführt wird.According to a further embodiment, in addition to the basic steps mentioned above, the following steps are also provided:
Calculating parameters of transfer functions while sequentially identifying a plant model representing a control path between the fuel injection valve and the air-fuel ratio sensor by the transfer functions;
Calculating a control gain for calculating the controlled variable of the air-fuel ratio control signal using the parameters of the identified controlled-system model,
Calculating the controlled variable using the calculated control gain, and
Preventing the calculation of the controlled variable under a predetermined operating condition when no control is performed.
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
sind zusätzlich
zu den oben genannten grundlegenden Schritten weiterhin die folgenden
Schritte vorgesehen:
Berechnen von Parametern von Übertragungsfunktionen,
während
sequentiell ein Regelstreckenmodell identifiziert wird, das eine
Regelstrecke zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
durch die Übertragungsfunktionen
wiedergibt,
Berechnen einer Steuerverstärkung zum Berechnen der Regelgröße des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersignals
unter Verwendung der Parameter des identifizierten Regelstreckenmodells,
Berechnen
der Regelgröße unter
Verwendung der berechneten Steuerverstärkung,
Speichern eines
Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersignalwertes
und des tatsächlichen
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
während
der Durchführung
einer offenen Steuerung,
Stoppen der Berechnung der Parameter
des Regelstreckenmodells während
der Durchführung
einer Regelung, und
Verwenden des gespeicherten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersignalwertes
und des tatsächlichen
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
als Ein-/Ausgabedaten für
die Regelstrecke, wenn die Berechnung der Parameter des Regelstreckenmodells
nach Beendigung der offenen Steuerung wiederaufgenommen wird.According to a further embodiment, in addition to the basic steps mentioned above, the following steps are also provided:
Calculating parameters of transfer functions while sequentially identifying a plant model which reproduces a control path between the fuel injection valve and the air-fuel ratio sensor by the transfer functions;
Calculating a control gain for calculating the controlled variable of the air-fuel ratio control signal using the parameters of the identified controlled-system model,
Calculating the controlled variable using the calculated control gain,
Storing an air / fuel ratio control signal value and the actual air / fuel ratio while performing an open control,
Stopping the calculation of the parameters of the controlled system model during the execution of a control, and
Using the stored air / fuel ratio control signal value and the actual air / fuel ratio as input / output data for the controlled system, when the calculation of the parameters of the controlled system model is resumed after completion of the open control.
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
sind zusätzlich
zu den oben genannten grundlegenden Schritten weiterhin die folgenden
Schritte vorgesehen:
Berechnen von Parametern von Übertragungsfunktionen,
während
sequentiell ein Regelstreckenmodell identifiziert wird, das eine
Regelstrecke zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
durch die Übertragungsfunktionen
wiedergibt,
Festlegen der Regelgröße des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersignals
durch eine Gleitmodus-Steuerung auf der Basis der Parameter des
identifizierten Regelstreckenmodells,
Entscheiden, ob eine
Steuerrichtung der Regelgröße und eine Änderungsrichtung
des tatsächlichen
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
miteinander übereinstimmen,
und
Verhindern des Festlegens der Regelgröße, wenn die Steuerrichtung
der Regelgröße und die Änderungsgröße des tatsächlichen
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
nicht miteinander übereinstimmen.According to a further embodiment, in addition to the basic steps mentioned above, the following steps are also provided:
Calculating parameters of transfer functions while sequentially identifying a plant model representing a control path between the fuel injection valve and the air-fuel ratio sensor by the transfer functions;
Determining the controlled variable of the air / fuel ratio control signal by a sliding mode control based on the parameters of the identified controlled system model,
Deciding whether a control direction of the controlled variable and a direction of change of the actual air / fuel ratio coincide with each other, and
Preventing setting of the controlled variable when the control direction of the controlled variable and the amount of change of the actual air / fuel ratio do not coincide with each other.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In den Zeichnungen zeigen:following The present invention will be related to embodiments with the attached Drawings closer described and explained. In the drawings show:
Wie
in
Weiterhin
wird ein Kraftstoffeinspritzventil
In
jedem Zylinder ist eine Zündkerze
Das
Verbrennungsabgas wird durch ein Abgasventil
Ein über einen
breiten Bereich empfindlicher Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
Weiterhin
sind ein Drehwinkelsensor
Die
Steuereinheit
Zuerst
wird eine grundlegende Einspritzmenge Tp = K·Qa·Ne (wobei K eine Konstante
ist) in Übereinstimmung
mit einem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
(λ = 1)
aus der Einlassluftmenge Qa und einer Motordrehgeschwindigkeit Ne,
die auf der Basis des Signals von dem Drehwinkelsensor
Dann
wird in Übereinstimmung
mit Betriebsbedingungen entschieden, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis geregelt
oder offen gesteuert wird. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis geregelt
werden soll, wird eine endgültige
Kraftstoffeinspritzmenge Ti = Tp·(1/λt)·(α + αL + COEF) unter Verwendung der
grundlegenden Kraftstoffeinspritzmenge Tp, eines Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λt, eines
Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelkorrekturkoeffizienten α, eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Lernwertes αL und verschiedener
Koeffizienten COEF, die auf der Basis der Feststellungssignale aus
dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis offen gesteuert wird, wird der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelkorrekturkoeffizient α auf 1 (α = 1) fixiert, um die endgültige Kraftstoffeinspritzmenge Ti zu berechnen.If the air / fuel ratio is openly controlled, the air-fuel ratio control correction coefficient α is fixed to 1 (α = 1), for the final Calculate fuel injection quantity Ti.
Im Folgenden wird die Kraftstoffeinspritzsteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben.in the Next, the fuel injection control will be according to a first embodiment described.
Wie
in
Der
Ausgabeentscheidungsabschnitt
Der
Luft/Kraftstoff-Regelabschnitt
Der
Gleitmodus-Steuerabschnitt
Dabei
ist zu beachten, dass jede Steuerverstärkung in dem weiter unten beschriebenen
Steuerverstärkungs-Berechnungsabschnitt
Der
Auszeitkompensator
Insbesondere
berechnet der Auszeitkompensator
Dann
wird e3 berechnet, indem die aus dem Auszeitkompensator
Das
oben genannte Regelstreckenmodell wird in dem weiter unten beschriebenen
Regelstreckenmodell-Identifikationsabschnitt
Der
Regelstreckenmodell-Identifikationsabschnitt
Der
Steuerverstärkungs-Berechnungsabschnitt
Insbesondere
wird die selbsteinstellende Regelung mittels einer Polzuweisungsmethode
verwendet, um durch eine Regelübertragungsfunktion
ein gesamtes System (mit anderen Worten Regelstrecke (zwischen dem
Kraftstoffeinspritzventil
Der
Auszeit-Berechnungsabschnitt
Der
Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Lernabschnitt
Der
Verschiedene-Korrekturgrößen-Festlegungsabschnitt
Dann
werden in Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden technischen Lehre der im Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Lernabschnitt
Im
Folgenden wird die Berechnung der Steuerverstärkung im Steuerverstärkungs-Berechnungsabschnitt
Die Berechnung der Steuerverstärkung unter Verwendung der selbsteinstellenden Regelung durch die Polzuweisungsmethode wird wie folgt durchgeführt.The Calculation of the control gain using the self-adjusting control by the pole allocation method is performed as follows.
Zuerst
wird ein Regelstreckenmodell GP(z–1)
festgelegt, das die Regelstrecke durch die Übertragungsfunktion wiedergibt.
Danach werden eine Übertragungsfunktion
GC(z–1) des Gleitmodus-Steuerabschnittes
Dann wird auf der Basis dieser Übertragungsfunktionen eine Regelübertragungsfunktion W(z–1) des gesamten Systems berechnet, und es wird die Steuerverstärkung derart berechnet, dass ein Pol der Regelübertragungsfunktion zu einem festgelegten Pol wird.Then, on the basis of these transfer functions, a rule transfer function W (z -1 ) of the entire system is calculated, and the control gain is calculated so that one pole of the rule transfer function becomes a fixed pole.
Im Folgenden wird das Festlegen des Regelstreckenmodells beschrieben.in the The following describes the definition of the controlled system model.
Die
Regelstrecke zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil
Dann
kann die Übertragungsfunktion
GP(z–1) des Regelstreckenmodells
durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt werden.
Weiterhin
können
ein Berechnungsparametervektor θ(t)
und ein Datenvektor ψ(t – k) durch
die folgenden Gleichungen (5) und (6) ausgedrückt werden.
Im Folgenden wird die Identifikation (Parameterberechnung) des Regelstreckenmodells beschrieben.in the The following is the identification (parameter calculation) of the controlled system model described.
Das
festgelegte Regelstreckenmodell wird im Regelstreckenmodell-Identifikationsabschnitt
Insbesondere wird eine Kennlinie des Streckenmodells in Übereinstimmung mit Betriebsbedingungen und Streckenmodelleigenschaften wie etwa einem Verschleiß der Regelstrecke selbst geändert, sodass das Regelstreckenmodell durch das sequentielle Berechnen von Eingabeparametern a1(t), a2(t) und einem Ausgabeparameter b0(t) von Gleichung (5) (durch eine direkte Identifikation) identifiziert wird.In particular, a characteristic of the distance model is changed in accordance with operating conditions and process model characteristics such as wear of the process itself, so that the process model by sequentially calculating input parameters a 1 (t), a 2 (t) and an output parameter b 0 (t) of Equation (5) (by a direct identification) is identified.
Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform die rekursive Methode der kleinsten Quadrate (RLS-Methode) verwendet, um die oben genannten Parameter zu berechnen, wobei sequentiell Parameter berechnet werden, in denen das Quadrat eines Fehlers zwischen einem tatsächlichen Wert und einem berechneten Wert minimal wird.Farther is in the present embodiment uses the recursive least squares method (RLS method), to calculate the above parameters, being sequential Parameters are calculated in which the square of an error is between an actual one Value and a calculated value becomes minimal.
Eine
besondere Berechnung ist mit einer allgemeinen gewichteten und rekursiven
Methode der kleinsten Quadrate (RLS-Methode) identisch und wird
durchgeführt,
indem die folgenden Gleichungen (7) bis (9) in Bezug auf eine Zeitaktualisierungsgleichung
t = 1, 2, ..., N berechnet werden.
- θ ^(t): Parameterschätzwert (Parametervoraussagewert)
- ε(t): Voraussagefehler (tatsächlicher Wert – Voraussagewert)
- P(t): m·m-Matrix aus Eingabe/Ausgabe (Kovarianzmatrix)
- ψ(t): Ein-/Ausgabewert (Datenvektor)
- λ1, λ2: Vergessenskoeffizient
- θ ^ (t): parameter estimate (parameter prediction value)
- ε (t): prediction error (actual value - prediction value)
- P (t): m × m matrix of input / output (covariance matrix)
- ψ (t): input / output value (data vector)
- λ 1 , λ 2 : forgetting coefficient
Dann wird durch das sequentielle Berechnen der Parameter a1(t), a2(t) und b0(t) unter Verwendung der Parameterberechnungsgleichungen (7) bis (9) das Regelstreckenmodell identifiziert.Then, by sequentially calculating the parameters a 1 (t), a 2 (t) and b 0 (t) using the parameter calculation equations (7) to (9), the plant model is identified.
Für die Vergessenskoeffizienten λ1, λ2 gilt: wenn kein Vergessenselement vorhanden ist, ist λ1 = λ2 = 1, während wenn ein Vergessenselement vorhanden ist, ist λ1 = 0,98 und ist λ2 = 1.For the forgetting coefficients λ 1 , λ 2 , if no forgetting element is present, λ 1 = λ 2 = 1, while if a forgetting element is present, λ 1 = 0.98 and λ 2 = 1.
Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform als Anfangswert θ0 des Parameterberechnungswertes ein Anfangswert in Übereinstimmung mit Betriebsbedingungen gesetzt (zum Beispiel a1(0) = A1, a2(0) = A2 und b0(0) = B1, um die Zeitdauer bis zur Konvergenz zu kürzen.Furthermore, an initial value in accordance is set with operating conditions (for example, a 1 (0) = A1 in the present embodiment, as an initial value θ0 of the parameter calculation value, a 2 (0) = A2 and b 0 (0) = B1, by the time period up to the To reduce convergence.
Im
Folgenden wird die Berechnung einer diskreten Zeitübertragungsfunktion
des Gleitmodus-Steuerabschnitts
Der
Gleitmodus-Steuerabschnitt
Es
wird angenommen, dass y(t) eine Regelstreckenausgabe (tatsächliches
Luft/Kraftstoff-Verhältnis λr) ist, ω(t) ein
Zielwert (Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis λt) ist und e(t) = ω(t) – y(t) ist,
wobei eine Differenz Δu(t) der
Regelstreckeneingabe u(t) einer Probe (mit anderen Worten die Ausgabe
aus dem Gleitmodus-Steuerabschnitt
Dementsprechend kann aus der Gleichung (12) heraus die Regelstreckeneingabe u(t) durch die folgende Gleichung (14) ausgedrückt werden.Accordingly can from the equation (12) out the rule length input u (t) are expressed by the following equation (14).
Wenn
dabei die Berechnung derart durchgeführt wird, dass der nicht-lineare
Term nicht aufgenommen wird, kann die diskrete Zeitübertragungsfunktion
GC(z–1) des Gleitmodus-Steuerabschnitts
Im
Folgenden wird die Berechnung einer diskreten Zeitübertragungsfunktion
des Auszeitkompensators
Wie
zuvor genannt, verwendet der Auszeitkompensator
Dabei ist zu beachten, das z–1b0/A(z–1) eine Ausgabevoraussage ohne Auszeit ist, die unter Verwendung des Regelstreckenmodells ausgedrückt wird, während z–kb0/A(z–1) eine tatsächliche Ausgabevoraussage mit einer Auszeit ist, die unter Verwendung des Regelstreckenmodells ausgedrückt wird.It should be noted that z -1 b 0 / A (z -1 ) is a no-time output prediction expressed using the plant model, while z -k b 0 / A (z -1 ) represents an actual output prediction with a Time out is expressed using the controlled system model.
Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, durch welches das gesamte System zu einer Regelübertragungsfunktion gemacht wird.in the The following describes a method by which the entire System to a rule transfer function is done.
Wie
oben genannt wird der nichtlineare Term des Gleitmodus-Steuerabschnitts
Die Berechnung einer Regelübertragungsfunktion W(z–1) des gesamten Systems wird wie folgt vorgenommen.The calculation of a rule transfer function W (z -1 ) of the entire system is performed as follows.
Zuerst
wird eine Regelschleife des Gleitmodus/Steuerabschnitts
Dementsprechend kann die Regelübertragungsfunktion W(z–1) des gesamten Systems einschließlich der lokalen Schleife von Gleichung (17) und der Regelstrecke durch die folgende Gleichung (18) berechnet werden.Accordingly, the control transfer function W (z -1 ) of the entire system including the local loop of equation (17) and the controlled system can be calculated by the following equation (18).
Die
Berechnung der Steuerverstärkung
des Gleitmodus-Steuerabschnitts
Aus
der Gleichung (1) ergibt sich, dass das charakteristische Polynom
der Regelübertragungsfunktion W(z–1)
das Polynom
Dabei
wird durch das Festlegen von T(z–1),
um den gewünschten
Pol hinsichtlich von Antwortkennlinie, Überschuss, Stabilisierungsperiode
usw. zu erhalten, die Steuerverstärkung des Gleitmodus-Steuerabschnitts
Die folgende Gleichung (20) wird aus der Gleichung (19) erhalten.The The following equation (20) is obtained from the equation (19).
Dabei
ergibt sich auf der Basis der Gleichung (13):
Indem also die Schaltfunktion-Linearverstärkung SP und die Schaltfunktion-Derivativverstärkung SO auf 1 gesetzt werden und indem die Linearterm- Linearverstärkung KP, die Adaptivterm-Verstärkung KI und die Linearterm-Derivativverstärkung KD des linearen Terms als variable Parameter eingestellt werden, kann die folgende Gleichung (21) erhalten werden.Thus, by setting the switching function linear gain S P and the switching function derivative gain S O to 1 and setting the linear term linear gain K P , the adaptive term gain K I and the linear term derivative gain K D of the linear term as variable parameters, For example, the following equation (21) can be obtained.
Dann werden die folgenden Gleichungen (22) bis (24) erhalten.Then the following equations (22) to (24) are obtained.
Durch
das Auflösen
der Gleichungen (22) bis (24) nach jeweils KP,
KI und KD und das
Ausdrücken
von a1, a2 und b0 durch die sequentiell durch den Regelstreckenmodell-Identifikationsabschnitt
Weiterhin
kann für
das charakteristische Polynom T(z–1)
= 1 + t1z–1 +
t2z–2 die Verwendung des
Nenners der Übertragungsfunktion
betrachtet werden, wenn das quadratische, kontinuierliche Zeitsystem
Dann
berechnet der Gleitmodus-Steuerabschnitt
Wie
oben beschrieben wird das gesamte System durch eine einzige Übertragungsfunktion
unter Verwendung des Regelstreckenmodells ausgedrückt, das
durch das sequentielle Berechnen von Parametern erhalten wird, wobei
die Steuerverstärkung
des Gleitmodus-Steuerabschnitts
Auch bei dem oben beschriebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelsystem ist es ähnlich wie bei einer allgemeinen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung vorteilhaft, eine Abweichung der Regelgröße von einem Bezugswert zu lernen, der auf einen Verschleiß der Teile mit der Zeit oder ähnliches zurückzuführen ist. Wenn kein derartiges Lernen durchgeführt wird, wird eine durch Korrektur, die durch das Lernen vorgenommen hätte werden sollen, durch die Regelstreckenmodell-Identifikation absorbiert. Eine derartige Regelstreckenmodell-Identifikation ist nicht auf die tatsächlichen Betriebsbedingungen angepasst, wobei die zu identifizierenden Parameterwerte des Regelstreckenmodells aufgrund einer Änderung in den Betriebsbedingungen stark geändert werden, sodass keine stabile Regelung durchgeführt werden kann.Also in the air-fuel ratio control system described above, it is similar advantageous in a general air / fuel ratio control, a deviation of the controlled variable from one To learn reference to wear of the parts over time or the like is due. If no such learning is done, one will be corrected by which should have been made by learning through which System model identification absorbed. Such a controlled system model identification is not on the actual Operating conditions adjusted, with the parameter values to be identified of the controlled system model due to a change in operating conditions changed a lot so that no stable regulation can be carried out.
Es ist also auch in dem oben beschriebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelsystem vorteilhaft, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Lernen anzuwenden, wobei sich jedoch herausgestellt hat, dass die Anwendung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Lernens wie in dem herkömmlichen Verfahren die folgenden Probleme verursacht. Wenn nämlich die Betriebsbedingungen geändert werden und in den zum Identifikationsabschnitt des Regelstreckenmodells eingegebenen Daten der Lernwert zu einem Lernwert eines neuen Betriebsbereichs geschaltet wird (d.h. wenn der Lernwert des neuen Betriebsbereichs ein Initialwert ist), ist das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Ausgabeseite, das durch den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor festgestellt wird, ein den Lernwert wiedergebender Wert, während die Regelgröße auf der Eingangsseite der Kraftstoffeinspritzmenge unverändert bleibt. Deshalb wird die Regelstreckenmodell-Identifikation nicht korrekt durchgeführt. Dies hat zur Folge, das die Steuerverstärkung auf der Basis des durch die Identifikation erhaltenen Parameters nicht verwendet werden kann, sodass es unmöglich wird, eine gute Luft/Kraftstoff-Regelleistung zu erhalten.It is therefore also advantageous in the air / fuel ratio control system described above, the air / fuel ratio learning However, it has been found that the application of air / fuel ratio learning how in the conventional one Procedure causes the following problems. If namely the Operating conditions changed and in the to the identification section of the controlled system model entered data, the learning value to a learning value of a new operating range (i.e., when the learning value of the new operating range is an initial value), the actual air / fuel ratio is on the output side, by the air / fuel ratio sensor is determined, a value representing the learning value while the Controlled variable on the Input side of the fuel injection quantity remains unchanged. That's why the plant model identification was not carried out correctly. This As a result, the tax gain on the basis of the identification of the parameter obtained can not be used can, so it's impossible will get a good air / fuel control power.
Dasselbe gilt für die Korrektur auf der Basis der Wassertemperatur und ähnliches neben dem Lernen. Auch wenn die nicht durch die Korrektur berücksichtigte Regelkorrekturgröße und das durch die Korrektur berücksichtigte tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingegeben werden, um das Regelstreckenmodell zu identifizieren (Parameterberechnung), kann keine zufriedenstellende Identifikation durchgeführt werden.The same thing applies to the correction based on the water temperature and the like next to learning. Even if not taken into account by the correction Rule correction size and that taken into account by the correction actual Air / fuel ratio entered be used to identify the controlled system model (parameter calculation), no satisfactory identification can be carried out.
Weil
in der vorliegenden Ausführungsform
der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Lernwert
UL und die verschiedenen Korrekturgrößen UK zu der aus dem Gleitmodus-Steuerabschnitt
Daraus resultiert, dass die zufriedenstellend auf die tatsächliche Bedingung angepassten Parameter erhalten werden können, um die Regelgröße mit hoher Genauigkeit zu berechnen. Auch wenn der zu verwendende Lernwert geschaltet wird oder verschiedene Korrekturgrößen aufgrund einer Änderung in den Betriebsbedingungen geändert werden, kann die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung stabil und mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.from that that results satisfactory to the actual Condition adjusted parameters can be obtained to the controlled variable with high To calculate accuracy. Even if the learning value to be used or different correction values due to a change changed in the operating conditions be, the air / fuel ratio control can be stable and with high accuracy become.
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform beschrieben.in the The following will be a second embodiment described.
Der
Regelgrößen-Berechnungs-Verhinderungsabschnitt
Der
Grund dafür,
dass die Berechnung der Regelgröße verhindert
wird, liegt darin, dass wenn die Berechnung der Regelgröße auch
bei einer Steuerung oder Regelung (das heißt, die im Gleitmodus-Steuerabschnitt
Nachdem
dann die offene Steuerung oder die Kraftstoffzufuhrunterbrechung
beendet worden ist, wird die Regelung (d.h. die Berechnung der Regelgröße durch
den Gleitmodus-Steuerabschnitt
Auf
diese Weise wird der integrale Term in der Gleitmodus-Steuerung
durch den zuvor in Übereinstimmung
mit Betriebsbedingungen festgelegten Initialwert zurückgesetzt,
wenn die Regelung wiederaufgenommen wird, sodass eine entsprechende
Regel größe zu dem
Kraftstoffeinspritzventil
Der oben beschriebene Initialwert kann nach der Wiederaufnahme der Regelung auch weiterhin für eine vorbestimmte Zeitdauer aufrechterhalten werden, um die Reaktionsverzögerung nach der Wiederaufnahme zu berücksichtigen.Of the The initial value described above can after the resumption of the scheme continue for one be maintained for a predetermined period of time, the reaction delay after to consider the recovery.
Dadurch
kann eine passendere Regelgröße an das
Kraftstoffeinspritzventil
Bei Ausführung der offenen Steuerung wird also keine Berechnung der Regelgröße vorgesehen (bzw. wird diese verhindert), wobei jedoch auch in diesem Fall eine entsprechende Kraftstoffeinspritzsteuerung nach der Wiederaufnahme der Regelung vorgesehen werden kann, indem der zuvor festgelegte Initialwert in Übereinstimmung mit Betriebsbedingungen auf den integralen Term in der Gleitmodus-Steuerung gesetzt wird, wenn die Regelung wiederaufgenommen wird, wobei dann dieser Initialwert für eine vorbestimmte Zeitperiode aufrechterhalten wird.at execution The open control is therefore not provided with a calculation of the controlled variable (or this is prevented), but also in this case a corresponding fuel injection control after the resumption of the scheme can be provided by the previously defined Initial value in accordance with operating conditions on the integral term in the sliding mode control is set when the control is resumed, in which case this initial value for a predetermined period of time is maintained.
Weiterhin
ist wie in
Das
heißt,
während
der Regelung wird die Kraftstoffeinspritzung mittels der durch den
Gleitmodus-Steuerabschnitt
Um eine derartige Verschlechterung der Identifikationsgenauigkeit (Parameterschätzungsgenauigkeit) zu verhindern, wird die Regelstreckenmodell-Identifikation verhindert, wenn die Regelung nicht durchgeführt wird.Around Such deterioration of the identification accuracy (parameter estimation accuracy) prevent the controlled system model identification is prevented, if the regulation is not carried out.
Dabei
wird auch die Berechnung der Steuerverstärkung durch den Steuerverstärkungs-Berechnungsabschnitt
Die Identifikation des Regelstreckenmodells wird wiederaufgenommen, wenn die Regelung wiederaufgenommen wird (wenn auch die Berechnung der Steuerverstärkung verhindert wurde, wird auch die Berechnung derselben wiederaufgenommen). Bei der Wiederaufnahme der Identifikation wird der zuvor in Übereinstimmung mit Betriebsbedingungen gesetzte Initialwert θ0 (A1, A2, B1) als der Parameter des Regelstreckenmodells verwendet.The Identification of the controlled system model is resumed when the regulation is resumed (though the calculation the tax gain was prevented, the calculation of the same is also resumed). When resuming the identification, the previously in accordance initial value θ0 set with operating conditions (A1, A2, B1) as the parameter used in the controlled system model.
Indem also der unmittelbar vor der Verhinderung der Identifikation durch den Initialwert θ0 (A1, A2, B1) verwendete Parameterwert zurückgesetzt wird, kann die Identifikationsgenauigkeit nach der Wiederaufnahme der Identifikation auf einer hohen Ebene aufrechterhalten werden, ohne dass die Änderung in der Regelstreckenkennlinie vor und nach der Verhinderung der Identifikation berücksichtigt wird, sodass auch die Konvergenzzeit verkürzt wird.By doing that is, immediately before the prevention of identification by the initial value θ0 (A1, A2, B1) used parameter value, the identification accuracy after the resumption of identification at a high level be maintained without the change in the control path characteristic taken into account before and after the prevention of identification so that the convergence time is also shortened.
Der gesetzte Initialwert (Parameter A1, A2, B1) wird für eine vorbestimmte Zeitdauer nach der Wiederaufnahme der Identifikation aufrechterhalten.Of the set initial value (parameters A1, A2, B1) is for a predetermined Duration of time after the resumption of identification maintained.
Der
Grund hierfür
ist, dass nicht nur unmittelbar nach der Wiederaufnahme der Identifikation,
sondern auch für
eine vorbestimmte Zeitdauer unmittelbar nach der Wiederaufnahme
der Identifikation aufgrund der Reaktionsverzögerung kein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung
mit der durch den Gleitmodus-Steuerabschnitt
Wie
zuvor beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform während der
offenen Steuerung und Kraftstoffunterbrechung die Berechnung der
Regelgröße durch
den Gleitmodus-Steuerabschnitt
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform beschrieben.in the Following is a third embodiment described.
Der
Regelstrecken-Ein-/Ausgabe-Speicherabschnitt
Ähnlich wie
in der zweiten Ausführungsform
wird die Identifikation des Regelstreckenmodells während der
offenen Steuerung und der Kraftstoffzufuhrunterbrechung durch den
Identifikations-Verhinderungsabschnitt
Auch
wenn die Regelung wiederaufgenommen wird, entspricht das während einer
Zeitperiode zwischen der Wiederaufnahme und dem Ablauf der Auszeit
k der Regelstrecke festgestellte tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht
der durch den Gleitmodus-Steuerabschnitt
Dementsprechend
werden nicht zur bei der Wiederaufnahme der Regelung, sondern auch
während der
Zeitdauer zwischen der Wiederaufnahme und dem Ablauf der Auszeit
k der Regelstrecke die Steuergröße und das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
der Steuerung, die in dem Regelstrecken-Ein-/Ausgabe-Speicherabschnitt
Es ist also möglich, die Konvergenz des Regelstreckenmodell-Parameters nach der Wiederaufnahme der Regelung zu verkürzen, wobei eine falsche Identifikation (Parameterschätzung) verhindert werden kann.It is possible, the convergence of the controlled system model parameter after the resumption of the Shorten regulation whereby a false identification (parameter estimation) can be prevented.
Daraus resultiert, dass auch nach der Wiederaufnahme der Regelung eine gute Steuerverstärkung, die der Kennlinienänderung der Regelstrecke gut entspricht, zu einem frühen Zeitpunkt berechnet werden kann, sodass eine sehr genaue Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung durchgeführt werden kann.from that results that even after the resumption of the scheme a good tax gain, the the characteristic change well-balanced, can be calculated at an early stage, so a very accurate air / fuel ratio control carried out can be.
Im Folgenden wird eine vierte Ausführungsform beschrieben.in the Following is a fourth embodiment described.
Der
zweite Regelgrößen-Berechnungs-Verhinderungsabschnitt
Eine
durch den zweiten Regelgrößen-Berechnungs-Verhinderungsabschnitt
In
Schritt
Insbesondere
wird in dem Regelstreckenmodell-Identifikationsabschnitt
Alternativ
hierzu wird entschieden, ob die Steuerverstärkung K1,
die mit dem integralen Term der Schaltfunktion σ(t) in der Gleichung für die Regelgröße u(t)
aus den im Steuerverstärkungs-Berechnungsabschnitt
Wenn
in Schritt
Alternativ hierzu werden die Werte der Parameter a1, a2 und b0 jeweils begrenzt. Insbesondere werden die Werte der Ausgabeparameter a1 und a2 reduziert (zum Beispiel auf 0) und wird der Wert des Eingabeparameters b0 erhöht, sodass die Regelgröße u(t) ausreichend klein wird, um die Festlegung zu verhindern.Alternatively, the values of the parameters a 1 , a 2 and b 0 are each limited. Specifically, the values of the output parameters a 1 and a 2 are reduced (for example, to 0), and the value of the input parameter b 0 is increased, so that the control amount u (t) becomes sufficiently small to prevent the setting.
Es können auch die Werte der Parameter a1, a2 und b0 initialisiert werden, um die Regelgröße an 0 anzunähern.The values of the parameters a 1 , a 2 and b 0 can also be initialized in order to approximate the control variable to zero.
Die
Festlegung der Regelgröße wird
also verhindert, wenn die Steuerrichtung der Regelgröße (Erhöhung bzw.
Verminderung der Steuerrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses)
und die Änderungsrichtung
des tatsächlichen
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
aufgrund einer Abweichung der Auszeit zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil
Weiterhin kann die Festlegung der Regelgröße einfach verhindert werden, indem die Steuerverstärkung auf 0 gesetzt wird.Farther It can be easy to define the controlled variable be prevented by the control gain is set to 0.
Auch die Festlegung der Regelgröße durch in der falschen Richtung identifizierte Parameter kann verhindert werden, indem die Werte der für die Identifikation verwendeten Parameter entweder begrenzt oder initialisiert werden.Also the determination of the controlled variable by Parameters identified in the wrong direction can be prevented be by the values of for the identification parameters used are either limited or be initialized.
Außerdem kann auf der Basis des positiven/negativen Vorzeichens des Eingabeparameters und der während der Identifikation berechneten Ausgabeparameter oder auf der Basis des positiven/negativen Vorzeichens der Steuerverstärkung einfach entschieden werden, ob die Steuerrichtung der Regelung mit der Richtung des tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu dem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt.In addition, can based on the positive / negative sign of the input parameter and the while the identification calculated output parameters or on the basis the control gain positive / negative sign simple decide whether the control direction of the scheme with the direction of the actual Air / fuel ratio matches the target air / fuel ratio.
Vorstehend
wurden eine erste bis vierte Ausführungsform beschrieben, wobei
die technischen Lehre jedoch derart realisiert werden kann, dass
alle Aufbauten dieser Ausführungsformen
enthalten sind, um alle Effekte der verschiedenen Ausführungsformen
zu erhalten.
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