DE4215959C2 - Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung für PID-Regler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung zum Einstellen von Verstärkungsfaktoren an einem PID-Regler zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine.

Bei PID-Reglern, die eine Art der Rückführungssteuereinheiten sind, ist ein PID-Regler bekannt, in welchem zur automatischen Verstärkungseinstellung eine Verstärkungsfaktor-Stellgröße unter Anwendung der als Fuzzy-Inferenz bekannten "unscharfen Folgerung" eingestellt wird (siehe beispielsweise JP 62-241006 A und 1-258003 A. In diesen PID-Reglern, bei denen die Fuzzy-Inferenz angewandt wird, ist im voraus ein Einstellregel-Grundstock bzw. eine Einstellregel-Basis aus einer Vielzahl von Regeln gespeichert, die das menschliche Wissen bzw. Verhalten hinsichtlich der Faktoreinstellung ausdrücken.

An einem durch den PID-Regler zu regelnden Objekt wird eine Vielzahl von charakteristischen Variablen bzw. Zustandsgrößen zum Bewerten des Regelungszustands gewählt. Unter Anwendung des von Menschen bei der Faktoreinstellung angewandten Wissens wird die Vielzahl von Regeln aufgestellt. Im einzelnen werden die Regeln in der Form von Verknüpfungslehrsätzen im Format "WENN . . ., DANN . . ." ausgedrückt, mit denen alle zu bewertenden Zustandsgrößen miteinander verknüpft sind. Falls beispielsweise eine Ausregelungszeit, ein Überschwingungsausmaß und die Schwingungsdämpfung als charakteristische Variable bzw. Zustandsgrößen eingesetzt sind, wird folgender Verknüpfungslehrsatz angewandt: "WENN Ausregelungszeit = lang, Schwingungsausmaß = groß und Schwingungsdämpfung = schlecht, DANN erhöhe den Proportionalverstärkungswert P, erhöhe den Integralverstärkungswert I und erhöhe den Differentialverstärkungswert D". Außerdem speichert der PID-Regler in Form von Zugehörigkeitsfunktionen gemäß Fig. 14A bis 14D Prämissen bzw. Vorgaben zum Bestimmen des Eignungs- oder Anwendungsgrades bezüglich der jeweiligen Regeln durch Bewerten der erfaßten Zustandsgrößen. Weiterhin speichert der PID-Regler in Form von Zugehörigkeitsfunktionen gemäß Fig. 15A bis 15C Folgerungen für die Gewichtung der durch die jeweiligen Regeln angegebenen Faktorstellgrößen entsprechend dem Eignungsgrad der betreffenden Regel.

Wenn unter Anwendung der Fuzzy-Inferenz die Faktorstellgrößen tatsächlich eingestellt werden, wird die Vielzah von Zustandsgrößen erfaßt, und es werden gemäß Fig. 16 unter Anwendung der Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen die Grade der Eignung der jeweiligen Regeln für die erfaßten Zustandsgrößen bestimmt. Dann werden für die jeweiligen Regeln als Folgerungszustandsfunktionen grafische Formen bzw. Kurven gebildet, bei welchen die Spitzenteile von Dreiecken abgeschnitten sind, die den durch die Regeln angegebenen Faktorstellgrößen entsprechen. Zum Einstellen einer Faktorstellgröße werden die für die jeweiligen Regeln erhaltenen Kurven einander überlagert und die Schwerpunktmitte ermittelt. Dieser Prozeß entspricht der Berechnung eines Mittelwerts durch Gewichtung der durch die Regeln angegebenen Faktorstellgrößen gemäß dem Eignungsgrad der Regeln. Im Vergleich zu einer PID-Faktoreneinstelleinrichtung, bei der die Fuzzy-Inferenz nicht angewandt wird, wird durch das gemäß dem vorstehend beschriebenen Prozeß bestimmte Ausmaß der Faktoreinstellung das vom Menschen bei der Faktoreinstellung angewandte Wissen wiedergespiegelt, so daß es möglich ist, eine dem menschlichen Denken entsprechende geeignete Faktoreinstellung vorzunehmen.

Bei dem vorstehend beschriebenen PID-Regler erfolgt das Ansetzen der Faktorstellgröße durch Anwendung des Einstellregelgrundstocks, der die Regeln in Form von Verknüpfungslehrsätzen ausdrückt, in denen gemäß der vorstehenden Beschreibung alle charakteristischen Variablen bzw. Zustandsgrößen für die Bewertung miteinander verknüpft sind. Daher erreicht unter der Annahme, daß die Anzahl der Unterteilungen der Bewertung hinsichtlich der Vorgabe, nämlich die Anzahl der Bewertungspunkte wie "etwas groß" oder "klein" in bezug auf eine einzelne Zustandsgröße gleich m ist und die Anzahl der zu bewertenden Zustandsgrößen gleich n ist, wegen der m Unterteilungen für jede Zustandsgröße die Anzahl der Kombinationen der Regeln die ungeheuer große Anzahl mⁿ. Falls beispielsweise die Anzahl der Unterteilungen vier und die Anzahl der Zustandsgrößen fünf ist, wird die Anzahl der Kombinationen der Regeln zu 1000 oder mehr.

Falls versucht wird, die Anzahl der Forderungen hinsichtlich des Regelungszustands zu erhöhen, ist es erforderlich, den Regelungszustand unter Erhöhen der Anzahl der Unterteilungen und der Anzahl der Zustandsgrößen zu bewerten. Falls jedoch auf diese Weise die Anzahl der Unterteilungen und Zustandsgrößen erhöht wird, erreicht bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Bestimmen der Faktorstellgröße die Anzahl der Kombinationen der Regeln einen enorm großen Wert, wodurch das Aufstellen der Regeln von sich aus schwierig wird. Aus diesem Grund war es unmöglich, zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine, die das Ansetzen einer Vielzahl von Bewertungspunkten erforderlich macht, die PID-Faktoreinstelleinrichtung zu verwenden, bei der ein herkömmliches Fuzzy-Inferenz-Verfahren angewandt wird.

Außerdem wird bei den Brennkraftmaschinen die Rotation insbesondere im Bereich niedriger Drehzahlen, bei denen die Ausgangswelle mit einer verhältnismäßig niedrigen Drehzahl dreht, instabil und es wird unmöglich, jede der charakteristischen Variablen bzw. Zustandsgrößen in einem zulässigen Bereich zu regeln. Falls jedoch versucht wird, die Drehzahl der Brennkraftmaschine nach dem herkömmlichen Verfahren zum Ansetzen der Faktorstellgröße zu regeln, wird bei dem Versuch, Drehzahlschwankungen im Bereich niedriger Drehzahlen auszuregeln, die Verstärkung zu einer hohen Verstärkung hin geändert, wodurch im Gegensatz dazu die Amplitude der Schwingungen erhöht wird, und es wird darauffolgend versucht, diese Schwingungen durch Verringern der Verstärkung unter Kontrolle zu bringen. Dies führt nachteiligerweise dazu, daß keine Konvergenz der Verstärkung erzielt werden kann.

Ferner ist aus der GB 21 41 269 A eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Regeleinrichtung bekannt, bei der die Belastung der Brennkraftmaschine ermittelt und eine PID-Regelcharakteristik in Abhängigkeit von der ermittelten Belastung variiert wird, wobei jeweils eine geeignete Regelcharakteristik aus einer Vielzahl zur Verfügung stehender Regelcharakteristiken in Abhängigkeit eines der Belastung entsprechenden Lastsignals und eines geschwindigkeitsbezogenen Signals aus einem Festwertspeicher entnommen werden. Jedoch werden bei dieser bekannten Regelung keinerlei unscharfe oder Fuzzy-Logik betreffende Kriterien herangezogen.

Weiter sind aus der JP 1-258 003 A ein Verfahren zum automatischen Einstellen von PID-Konstanten sowie eine selbstjustierende PID-Regeleinrichtung bekannt. Hierbei werden die PID-Konstanten mittels unscharfer Logik abgeleitet, wobei vermieden werden soll, daß bei einer Vielzahl von Regelparametern ein Regelparameter verbessert wird, während gleichzeitig ein anderer Regelparameter verschlechtert wird. Im einzelnen wird dies erreicht durch eine Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung, die eine Zustandsgröße auf der Basis einer Abweichung zwischen der Stellgröße und der Regelgröße sowie in Abhängigkeit der Ursache der Abweichung ermittelt, sowie durch zwei Speichereinrichtungen, in denen jeweils PID-Regelvorgaben und Zugehörigkeitsfunktionen enthaltende und einander entsprechende Wissensbasen gespeichert sind, wobei eine Entscheidereinrichtung unter Anwendung von bekannten Verfahren der unscharfen Logik PID-Regelkonstanten unter Verwendung einer auf der Grundlage der ermittelten Art einer Störung ausgewählten Wissensbasis einstellt. Hierbei werden jedoch Zustandsgrößen nur erfaßt, unter Verwendung der erfaßten Zustandsgrößen eine vorbestimmte Anzahl von Entscheidungsregeln festgelegt und diesen jeweils eine Zugehörigkeitsfunktion zugeordnet. Eine entsprechende Aktion wird sodann durch das Anwenden jeweils einer der aufgestellten Regeln erzielt.

Nachteilig ist bei einem solchen Vorgehen insbesondere, daß zur Drehzahlregelung einer Brennkraftmaschine eine Vielzahl komplexer Einzel-Entscheidungsregeln aufgestellt und in eine Wissensbasis integriert werden muß, so daß das resultierende Gesamtsystem hochkomplex wird und somit eine in Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken geeignete Faktoreinstellung und eine richtige Regelung der Brennkraftmaschine nur schwer erzielbar ist.

Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Umstände liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für einen PID-Regler zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine eine Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung zu schaffen, die eine geeignete Faktoreinstellung in Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken und eine richtige Regelung der Brennkraftmaschine ermöglicht, für die eine Vielzahl von Bewertungspunkten ansetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verstär­ kungsfaktor-Einstelleinrichtung für einen PID-Regler zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine, der unter Einstellen einer Verstärkung die Drehzahl gemäß einer Abweichung der Drehzahl von einem Sollwert und gemäß der Verstärkung auf den Sollwert einregelt, mit einer Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Vielzahl von drehzahlbezogenen Zustandsgrößen, die in eine Anzahl von Sätzen aufteilbar sind, die einer zur Bildung einer Fuzzy-Inferenz verwendbaren Anzahl von Bewertungspunkten entsprechen, einer ersten Speichereinrichtung, in der eine der Anzahl der Bewertungspunkte entsprechende Anzahl von Regelgruppen gespeichert sind, wobei die Regelgruppen den Zusammenhang zwischen den einzelnen Zustandsgrößen eines einem bestimmten Bewertungspunkt entsprechenden bestimmten Satzes und einer Verstärkungsfaktor-Stellgröße angeben, einer zweiten Speichereinrichtung, in der der Zusammenhang zwischen einer betragsmäßigen Größe der einzelnen in den Sätzen enthaltenen Zustandsgrößen und einem Anwendungsgrad der Verstärkungsfaktor-Stellgröße gespeichert ist, einer Korrektureinrichtung zur Korrektur des Zusammenhangs zwischen den betragsmäßigen Größen der einzelnen in den Sätzen enthaltenen Zustandsgrößen und dem Anwendungsgrad der Verstärkungsfaktor-Stellgröße derart, daß ein zulässiger Bereich erweitert wird, wenn ermittelt wird, daß die jeweiligen Zustandsgrößen nicht innerhalb des zulässigen Bereichs gesteuert werden können, und einer Fuzzy-Inferenzeinrichtung zum Folgern der Verstärkungsfaktor-Stellgröße für jeden der Sätze auf der Grundlage der erfaßten Zustandsgrößen und der Regelgruppen, zum Bestimmen des Anwendungsgrads der Verstärkungsfaktor-Stellgröße für jeden der Sätze entsprechend einer Änderung der Zustandsgröße eines jeweiligen Satzes, und zum Ermitteln einer Größe der einzustellenden Verstärkung durch Berechnen eines gewichteten Mittelwerts des Ergebnisses der Folgerung der Verstärkungsfaktor-Stellgröße mit dem Anwendungsgrad als Gewichtungsfaktor.

Erfindungsgemäß werden demnach die Regelgruppen derart gestaltet, daß dann, wenn die Vielzahl der Zustandsgrößen in eine Vielzahl von Sätzen aufgeteilt ist, die Regelgruppen jeweils den Zusammenhang zwischen der einem jeweiligen Satz entsprechenden Zustandsgröße und einer Faktorstellgröße angeben. Falls beispielsweise die Anzahl der Unterteilungen vier ist, besteht gemäß dem Stand der Technik jede Regel aus einem Verknüpfungslehrsatz, in welchem die vier Zustandsgrößen miteinander verknüpft sind, und die Anzahl der Regeln wird zu 4⁴ = 256. Falls jedoch erfindungsgemäß die Gruppen der Regeln durch Unterteilen der vier Zustandsgrößen in beispielsweise zwei Sätze gebildet sind, besteht jede Regel aus einem Verknüpfungslehrsatz, in welchem zwei Zustandsgrößen miteinander verknüpft sind, so daß die Anzahl der Regeln zu 4² + 4² = 32 wird. Falls ferner die Gruppen der Regeln durch Unterteilen in vier Sätze gebildet werden, nämlich die Anzahl der Sätze gleich der Anzahl der Zustandsgrößen gewählt wird, wird jede Regel zu einem einzigen Lehrsatz und die Anzahl der Regeln wird zu 4 × 4 = 16. Da folglich die Anzahl der Regeln verringert werden kann, sind das Aufstellen und Ansetzen der Gruppen der Regeln erleichtert, so daß insbesondere dann, wenn die Faktoreinstelleinrichtung für ein Regelungsobjekt verwendet wird, für das eine Vielzahl von Bewertungspunkten anzusetzen ist, im Vergleich zu dem Verfahren nach dem Stand der Technik die Anzahl der Regeln beträchtlich verringert werden kann, wodurch das Ansetzen und Einstellen eines Regelgrundstocks bzw. einer Regelbasis erleichtert ist. Daher kann die Erfindung auf einfache Weise insbesondere bei einem PID-Regler zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine verwendet werden, für die eine Vielzahl von Bewertungspunkten anzusetzen ist.

Da ferner die Regelgruppen im Einstell-Regel-Grundstock bzw. der Regelbasis unter Verwendung des von Menschen bei der Faktoreinstellung angewandten Wissens erstellt werden können, kann die durch die Faktoreinstelleinrichtung für einen PID-Regler zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine eingestellte Faktorstellgröße so gewählt werden, daß das menschliche Wissen wiedergegeben wird. Es ist daher möglich, eine geeignete Faktoreinstellung in Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken herbeizuführen.

Außerdem ist die Einrichtung derart gestaltet, daß der Zusammenhang zwischen der Amplitude der charakteristischen Variablen bzw. Zustandsgröße für einen jeden Satz und dem Anwendungsgrad der Faktorstellgröße gespeichert ist. Der Anwendungsgrad der Faktorstellgröße wird für jeden der Sätze entsprechend der Änderung der jeweiligen Zustandsgröße bestimmt. Gemäß dem Ergebnis der Fuzzy-Inferenz bzw. Folgerung aus der Faktorstellgröße und dem Anwendungsgrad wird die Größe der einzustellenden Verstärkung durch Berechnen eines gewichteten Mittelwerts des Ergebnisses der Inferenz der Faktorstellgröße mit dem Anwendungsgrad als Gewichtungswert bestimmt. Infolgedessen ist es möglich, mittels des Anwendungsgrades den Grad der Wichtigkeit des Ergebnisses einer jeden Inferenz zu verändern. Dies entspricht dem Umstand, daß bei der Einstellung durch einen Menschen denjenigen Bewertungspunkten besondere Aufmerksamkeit geschenkt wird, die nicht den betreffenden Anforderungen genügen, während denjenigen Bewertungspunkten weniger Aufmerksamkeit geschenkt wird, die ihren Anforderungen genügen. Es kann daher die zweckdienliche Verstärkungsfaktoreinstellung in Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken ausgeführt werden, weil die Zustandsgrößen in Übereinstimmung mit den Bewertungspunkten in Sätze unterteilt werden und der Anwendungsgrad entsprechend einer Änderung der Zustandsgröße derart verändert wird, daß der Grad der Wichtigkeit, nämlich der Anwendungsgrad der Ergebnisse der Inferenz des einem bestimmten Bewertungspunkt entsprechenden Satzes hoch wird, wenn dieser Bewertungspunkt nicht den Anforderungen genügt.

Weiterhin wird durch die Korrektureinrichtung der Zusammenhang zwischen der jeweiligen Zustandsgröße der Gruppen von Regeln und der Faktorstellgröße derart korrigiert, daß ein zulässiger Bereich erweitert wird, wenn ermittelt wird, daß die charakteristischen Variablen bzw. Zustandsgrößen nicht innerhalb des zulässigen Bereichs gesteuert werden können. Da diese Korrektur vorgenommen wird, werden beispielsweise dann, wenn im Bereich niedriger Drehzahlen Schwankungen der Maschinendrehzahl erfaßt werden, welche nicht unterdrückt werden können, zur Erweiterung des zulässigen Bereichs die Gruppen von Regeln derart korrigiert, daß die Schwankungen zugelassen werden. Infolgedessen wird die Verstärkung bzw. der Verstärkungsfaktor zur Steuerung der Schwankungen der Maschinendrehzahl verändert und auf geeignete Weise eingestellt. Es ist daher möglich, eine zweckdienliche Steuerung der Brennkraftmaschine herbeizuführen, bei welcher eine Zustandsgröße vorliegt, die nicht innerhalb eines zulässigen Bereichs gesteuert bzw. gehalten werden kann.

Es ist anzumerken, daß mehrere derartige Sätze ausreichend sind. Nimmt man jedoch an, daß die Anzahl der Unterteilungen der Bewertung m ist und die Anzahl der den jeweiligen Sätzen entsprechenden Zustandsgrößen p ist, so wird die Anzahl der Regeln für einen jeden Satz zu m^p. Aus diesem Grund ist es zum Erleichtern des Gestaltens und Einstellens der Gruppe von Regeln durch Verringern der Anzahl der Regeln vorteilhaft, die Vielzahl der Zustandsgrößen in eine möglichst große Anzahl von Sätzen zu unterteilen. Falls im einzelnen die Anzahl der Zustandsgrößen und die Anzahl der Sätze gleich gewählt werden, werden gemäß der vorangehenden Beschreibung die Regeln in den Gruppen von Regeln zu einzelnen Lehrsätzen, so daß die Inferenz mittels der Folgerungseinrichtung erleichtert wird.

Die erfindungsgemäße Folgerungseinrichtung kann in den PID-Regler die gewählte Faktorstellgröße direkt einsetzen. Alternativ kann die Folgerungseinrichtung in den PID-Regler einen Nachstellfaktor eingeben, der aus der eingestellten Faktorstellgröße und einer gegenwärtigen Verstärkung bestimmt wird. Falls die Faktorstellgröße in den PID-Regler eingegeben wird, wird in diesem die gegenwärtige Verstärkung gemäß der Faktorstellgröße eingestellt und die Drehzahl wird gemäß einer Abweichung des eingestellten Wertes von der Drehzahl geregelt. Andererseit regelt im Falle des Eingebens des Nachstellfaktors in den PID-Regler der PID-Regler die Drehzahl gemäß der Abweichung der nachgestellten Verstärkung von der Drehzahl.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird der Zusammenhang zwischen einerseits der zu steuernden Faktorstellgröße und andererseits der Zustandsgröße ausgedrückt, die einem jeweiligen Satz entspricht, wenn die Vielzahl der Zustandsgrößen durch die Gruppe von Regeln in die Vielzahl von Sätzen unterteilt ist. Außerdem wird der Zusammenhang zwischen einer jeden der Zustandsgrößen und der Faktorstellgröße derart korrigiert, daß ein zulässiger Bereich erweitert wird, wenn ermittelt wird, daß die betreffende Zustandsgröße nicht innerhalb des zulässigen Bereichs gesteuert werden kann. Daher können außerordentliche Vorteile insofern erzielt werden, als eine zweckdienliche Verstärkungsfaktoreinstellung in Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken ermöglicht ist und eine geeignete Regelung eines Regelungsobjekts wie einer Brennkraftmaschine vorgenommen werden kann, für welche eine Vielzahl von Bewertungspunkten anzusetzen ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines PID-Reglers mit einer einen Selbstabstimmteil enthaltenden Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 2A bis 2D sind Konzeptdarstellungen, die Zugehörigkeitsfunktionen zeigen, welche einer Gruppe 1 von Regeln entsprechen.

Fig. 3 ist eine Konzeptdarstellung, die die Korrektur durch einen Vorgabekorrektor für Zugehörigkeitsfunktionen für Vorgaben veranschaulichen, welche dem Ausmaß der Änderung einer Regelgröße während einer Störung, dem Ausmaß des Überschwingens, der Überschwingungskonvergenzzeit und der Erholzeit einer Änderung der Regelgröße während einer Störung entsprechen.

Fig. 4 ist eine Konzeptdarstellung, die die Korrektur durch den Vorgabekorrektor für die Zugehörigkeitsfunktionen einer Vorgabe veranschaulicht, die der Schwingungsdämpfung entspricht.

Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm der Funktion des ersten Ausführungsbeispiels.

Fig. 6 ist eine Konzeptdarstellung, die die Aufbereitung nach der Inferenz-Bestimmung von Faktorstellgrößen für jeweilige Gruppen von Regeln veranschaulicht.

Fig. 7A und 7B sind Kurvenformdarstellungen, die den Prozeß einer Selbstabstimmung in einem Fall veranschaulichen, bei dem ein Sollwert geändert wird, wenn eine Brennkraftmaschine unbelastet ist.

Fig. 8A und 8B sind Kurvenformdarstellungen, die den Prozeß der Selbstabstimmung in einem Fall veranschaulichen, bei dem durch Hydraulikpumpe eine Belastung der Brennkraftmaschine geändert wird.

Fig. 9A und 9B sind Kurvenformdarstellungen, die das Verhalten der Brennkraftmaschine nach beendeter Abstimmung veranschaulichen.

Fig. 10 ist eine schematische Darstellung eines PID-Reglers mit einer einen Selbstabstimmteil enthaltenden Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Fig. 11A und 11B sind Kurvenformdarstellungen, die den Prozeß der Selbstabstimmung in einem Fall veranschaulichen, bei dem Teilprinzipien der Erfindung zur Faktoreinstellung eines Verzögerungssystems zweiter Ordnung in einem Analogrechner angewandt werden.

Fig. 12A und 12B sind Kurvenformdarstellungen, die den Prozeß zur Faktornachstellung in einem Fall veranschaulichen, bei dem Teilprinzipien der Erfindung zur Faktoreinstellung des Verzögerungssystems zweiter Ordnung in dem Analogrechner angewandt werden und die Ansprechcharakteristik eines Regelungsobjekts von derjenigen eines schnellen Systems auf diejenige eines langsamen Systems geändert ist.

Fig. 13A und 13B sind Kurvenformdarstellungen, die den Prozeß der Selbstabstimmung in einem Fall veranschaulichen, bei dem Teilprinzipien der Erfindung zur Faktoreinstellung eines Verzögerungssystems vierter Ordnung in dem Analogrechner angewandt werden.

Fig. 14A bis 14D sind Konzeptdiagramme, die die Zugehörigkeitsfunktionen von Vorgaben in einem herkömmlichen PID-Regler zeigen, in welchem die Fuzzy-Inferenz angewandt wird.

Fig. 15A bis 15C sind Konzeptdiagramme, die die Zugehörigkeitsfunktionen von Folgerungen in dem herkömmlichen PID-Regler zeigen, in welchem die Fuzzy-Inferenz angewandt wird.

Fig. 16 veranschaulicht durch Erläuterung der Funktion des herkömmlichen PID-Reglers, in dem die Fuzzy-Inferenz angewandt wird, den Prozeß für das Berechnen einer Proportionalfaktorstellgröße.

Fig. 17 ist eine der Fig. 6 gleichartige Konzeptdarstellung, bei der eine Gruppe von Regeln weiter in zwei Sätze unterteilt ist.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Fig. 1 zeigt einen PID-Regler 10 mit einer Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Der PID-Regler 10 mit der Faktoreinstelleinrichtung regelt die Drehzahl einer Brennkraftmaschine 14 als Regelungsobjekt. Der PID-Regler 10 enthält eine PID-Recheneinheit 12. Die PID-Recheneinheit 12 ist mit der Brennkraftmaschine 14 über einen Ansaugluftmengenregler 13 verbunden. Die PID-Recheneinheit 12 gibt an den Ansaugluftmengenregler 13 eine vorbestimmte Stellgröße mit einem Proportionalanteil P, einem Integralanteil I und einem Differentialanteil D ab. Der Ansaugluftmengenregler 13 hat eine nicht dargestellte, in einem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine 14 angeordnete Drosselklappe und steuert die in die Brennkraftmaschine 14 eingeleitete Luftmenge durch Verstellen der Drosselklappe gemäß der eingegebenen Stellgröße. Das Ergebnis der Ansaugluftmengenregelung tritt in Form einer Drehzahl als Regelgröße in Erscheinung. Eine Abweichung der Drehzahl von einem Sollwert für die Drehzahl wird in die PID-Recheneinheit 12 eingegeben, welche die bekannte PID-Regelung zum Ändern der Stellgröße gemäß der eingegebenen Abweichung ausführt. Ferner ist an die PID-Recheneinheit 12 ein Selbstabstimmteil 16 angeschlossen, der der erfindungsgemäßen Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung entspricht. Aus dem Selbstabstimmteil werden in die PID-Recheneinheit 12 für die Anteile P, I und D Faktorstellgrößen eingegeben, gemäß denen die Verstärkungen der Anteile P, I und D eingestellt werden.

Der Selbstabstimmteil 16 besteht aus einem Mikrocomputer oder dergleichen. Wenn man den Selbstabstimmteil 16 durch Funktionsblöcke darstellt, enthält er eine Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit 18, eine Fuzzy-Inferenz-Einheit 20, einen Einstellregel-Grundstock bzw. eine Einstellregel-Basis 22 in einem Speicher und einen Vorgabekorrektor 24. In die Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit 18 werden als charakteristische Variable die über den Ansaugluftmengenregler 13 an der Brennkraftmaschine 14 wirkende Stellgröße, die Drehzahl der Brennkraftmaschine 14, die Solldrehzahl und die vorangehend genannte Abweichung eingegeben. Die Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit 18 erfaßt entsprechend den eingegebenen Informationen zwölf Zustandsgrößen. Die zu erfassenden Zustandsgrößen sind: "Abweichung einer Ausregelzeit von einem Sollwert", "Überschwingungsausmaß", "Schwingungsdämpfung", "Überschwingungskonvergenzzeit", "Änderung der Stellgröße während eines stationären Zustands", "Änderung der Regelgröße vor Erreichen eines Sollwerts", "Tp (95%-Ansprechzeit-60%-Ansprechzeit)", "Änderung der Regelgröße während einer Störung", "Erholzeit einer Änderung der Regelgröße während einer Störung", "Eigenerregungsschwingungen", "Schwingungen der Regelgröße" und "Schwingungen der Stellgröße". Die Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 ist an die Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit 18 angeschlossen, welche an die Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 die erfaßten Zustandsgrößen abgibt. Der Einstellregel-Grundstock, d. h. die Speichereinrichtung 22, ist mit der Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 verbunden. Die Speichereinrichtung 22 ist beispielsweise durch einen nichtflüchtigen Speicher oder dergleichen gebildet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zum Bewerten des Regelungszustands der Brennkraftmaschine 14 elf nachstehend beschriebene Bewertungspunkte angesetzt. Die zwölf Zustandsgrößen werden in elf Sätze eingeordnet, die diesen Bewertungspunkten entsprechen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden in Übereinstimmung mit den elf Bewertungspunkten Gruppen von Regeln aufgestellt, die den Zusammenhang zwischen den einem bestimmten Bewertungspunkt entsprechenden jeweiligen Zustandsgrößen und den Faktorstellgrößen angeben und die den vorstehend genannten Einstellregel-Grundstock bilden. Diese Gruppen von Regeln wiederspiegeln das Fachwissen, das die Menschen bei der Verstärkungsfaktoreinstellung anwenden. Die Bewertungspunkte und die dementsprechenden Gruppen von Regeln bei diesem Ausführungsbeispiel sind nachstehend aufgeführt.

Bewertungspunkt 1 zur Bewertung, ob die Abweichung der Ausregelzeit von einem Sollwert klein ist.
Regelgruppe 1: Die Faktoreinstellung erfolgt derart, daß die Ausregelzeit auf dem Sollwert gehalten wird.

• WENN die Ausregelzeit ausreichend kurz ist,
  • DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
• WENN die Ausregelzeit etwas lang ist,
  • DANN werden die Proportionalverstärkung um 1%, die Integralverstärkung um 2% und die Differentialverstärkung um 1% erhöht.
• WENN die Ausregelzeit lang ist,
  • DANN werden die Proportionalverstärkung um 35%, die Integralverstärkung um 35% und die Differentialverstärkung um 35% erhöht.
• WENN die Ausregelzeit sehr lang ist,
  • DANN werden die Proportionalverstärkung um 50%, die Integralverstärkung um 50% und die Differentialverstärkung um 50% erhöht.

Bewertungspunkt 2 zur Bewertung, ob das Überschwingungsausmaß klein ist und die Schwingungsdämpfung gut ist.
Regelgruppe 2: Die Verstärkungseinstellung erfolgt in der Weise, daß das Überschwingungsausmaß klein und die Schwingungsdämpfung gut werden. Dieser Bewertungspunkt 2 ist auf das Stabilisieren der Regelung gerichtet, und die betreffenden Zustandsgrößen sind die beiden Größen "Überschwingungsausmaß" und "Schwingungsdämpfung". Die Regeln in der Regelgruppe 2 sind nachstehend in Tabellen 1 bis 3 aufgeführt.

Tabelle 1

Regeln für die Proportionalfaktoreinstellung

Tabelle 2

Regeln für die Integralfaktoreinstellung

Tabelle 3

Regeln für die Differentialfaktoreinstellung

Bewertungspunkt 3: Bewertung, ob eine Überschwingungskonvergenzzeit To kurz ist.
Regelgruppe 3: Auch wenn das Ausmaß des Überschwingens gering ist, ist es erwünscht, daß die auszuregelnde Abweichung weiterhin verbleibt, so daß die Faktoreinstellung derart erfolgt, daß die Überschwingungskonvergenzzeit To kurz wird.

• WENN To ausreichend kurz ist,
  • DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
• WENN To etwas lang ist,
  • DANN wird die Differentialverstärkung um 5% verringert.
• WENN To lang ist,
  • DANN wird die Differentialverstärkung um 10% verringert.
• WENN To sehr lang ist,
  • DANN wird die Differentialverstärkung um 20% verringert.

Bewertungspunkt 4: Bewertung, ob Änderungen der Stellgröße während eines stationären Zustands klein sind.
Regelgruppe 4: Selbst wenn die Regelgröße (während des stationären Zustands) stabil ist, liegen Fälle vor, bei denen sich durch Störsignale oder dergleichen die Stellgröße verändert, so daß die Faktoreinstellung derart vorgenommen wird, daß die Änderungen der Stellgröße während des stationären Zustands klein werden.

• WENN Änderungen der Stellgröße während des stationären Zustands ausreichend klein sind,
  • DANN erfolgt keine Verstärkungseinstellung.
• WENN die Änderungen der Stellgröße während des stationären Zustands etwas groß sind,
  • DANN werden die Proportionalverstärkung und die Integralverstärkung nicht geändert, während die Differentialverstärkung um 7% verringert wird.
• WENN die Änderungen der Stellgröße während des stationären Zustands groß sind,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 2% vermindert, die Integralverstärkung um 2% vermindert und die Differentialverstärkung um 15% vermindert.
• WENN die Änderungen der Stellgröße während des stationären Zustands sehr groß sind,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 4% verringert und die Differentialverstärkung um 30% verringert.

Bewertungspunkt 5: Bewertung, ob vor dem Erreichen eines Sollwerts eine Änderung der Regelgröße auftritt.
Regelgruppe 5: Falls der Wert der Proportionalverstärkung groß ist, treten Fälle auf, bei denen die Regelgröße vor dem Erreichen des Sollwerts in Gegenrichtung zurückgeht, so daß die Faktoreinstellung derart vorgenommen wird, daß die Regelgröße nicht in Gegenrichtung zurückkehrt, wenn diese Erscheinung auftritt.

• WENN vor dem Erreichen des Sollwerts keine Änderung der Regelgröße auftritt,
  • DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
• WENN vor dem Erreichen des Sollwerts die Änderung der Regelgröße etwas groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 15% verringert, die Integralverstärkung um 1% erhöht und die Differentialverstärkung um 3% verringert.
• WENN vor dem Erreichen des Sollwerts die Änderung der Regelgröße groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 30% vermindert, die Integralverstärkung um2% erhöht und die Differentialverstärkung um 5% verringert.
• WENN vor dem Erreichen des Sollwerts die Änderung der Regelgröße sehr groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 40% vermindert, die Integralverstärkung um 5% erhöht und die Differentialverstärkung um 10% vermindert.

Bewertungspunkt 6: Bewertung, ob Tp (95%-Ansprechzeit-60%-Ansprechzeit) klein ist.
Regelgruppe 6: Selbst wenn der Anstieg der Regelgröße schnell ist, bestehen Fälle, bei denen unmittelbar vor dem Sollwert die Änderung schwächer wird und die auszuregelnde Abweichung noch langzeitig bestehen bleibt, so daß die Faktoreinstellung derart erfolgt, daß dieses Problem ausgeschaltet wird.

• WENN Tp ausreichend klein ist,
  • DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
• WENN Tp etwas groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 30% verringert, die Integralverstärkung um 5% verringert und die Differentialverstärkung um 30% verringert.
• WENN Tp groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 50% verringert, die Integralverstärkung um 10% verringert und die Differentialverstärkung um 50% verringert.
• WENN Tp sehr groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 70% verringert, die Integralverstärkung um 20% verringert und die Differentialverstärkung um 70% verringert.

Bewertungspunkt 7: Bewertung, ob während einer Störung eine Änderung der Regelgröße klein ist.
Regelgruppe 7: Die Faktoreinstellung erfolgt in der Weise, daß bei dem Auftreten einer durch eine Laständerung verursachten Störung eine Änderung der Regelgröße ausgeregelt wird.

• WENN während der Störung die Änderung der Regelgröße ausreichend gering ist,
  • DANN erfolgt keine Faktoreinstellung.
• WENN während der Störung die Änderung der Regelgröße etwas groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 6% erhöht, die Integralverstärkung um 4% erhöht und die Differentialverstärkung nicht geändert.
• WENN während der Störung die Änderung der Regelgröße groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 12% erhöht, die Integralverstärkung um 8% erhöht und die Differentialverstärkung um 2% erhöht.
• WENN während der Störung die Änderung der Regelgröße sehr groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 24% erhöht, die Integralverstärkung um 16% erhöht und die Differentialverstärkung um 4% erhöht.

Bewertungspunkt 8: Bewertung, ob eine Erholzeit Tr zum Zurückführen einer Änderung der Regelgröße während des Auftretens einer Störung kurz ist.
Regelgruppe 8: Die Faktoreinstellung erfolgt in der Weise, daß die Erholzeit Tr einer Änderung der Regelgröße bei einer Störung wie einer Laständerung kurz wird.

• WENN Tr ausreichend klein ist,
  • DANN erfolgt keine Faktoränderung.
• WENN Tr etwas groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 2% erhöht, die Integralverstärkung um 5% erhöht und die Differentialverstärkung um 8% verringert.
• WENN Tr groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 4% erhöht, die Integralverstärkung um 15% erhöht und keine Änderung Differentialverstärkung vorgenommen.
• WENN Tr sehr groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 8% erhöht, die Integralverstärkung um 30% erhöht und die Differentialverstärkung um 5% erhöht.

Bewertungspunkt 9: Bewertung, ob Selbsterregungsschwingungen gedämpft werden.
Regelgruppe 9: Da infolge einer Änderung der Eigenschaften des Regelungsobjekts Selbsterregungsschwingungen auftreten können, wird die Faktoreinstellung derart bewerkstelligt, daß bei einem Anfangszustand der Selbsterregungsschwingungen die Schwingungen gedämpft werden.

• WENN die Schwingungen gedämpft werden,
  • DANN erfolgt keine Verstärkungsänderung.
• WENN die Schwingungen etwas verstärkt werden,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 10% vermindert.
• WENN die Schwingungen verstärkt werden,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 20% vermindert.
• WENN die Schwingungen beträchtlich verstärkt werden,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 50% vermindert.

Bewertungspunkt 10: Bewertung, ob Schwingungen der Regelgröße gedämpft worden sind.
Regelgruppe 10: Wenn langzeitige starke Schwingungen der Regelgröße verbleiben, erfolgt die Einstellung in der Weise, daß zur Vermeidung von Gefahren die Regelungsverstärkungen vermindert werden.

• WENN die Schwingungen der Regelgröße ausreichend gedämpft wurden,
  • DANN erfolgt keine Verstärkungsänderung.
• WENN Regelgrößen-SCHWINGUNGEN kleiner Amplitude verbleiben,
  • DANN werden alle Verstärkungen um 10% vermindert.
• WENN Regelgrößen-Schwingungen großer Amplitude verbleiben,
  • DANN werden alle Verstärkungen um 20% vermindert.
• WENN Regelgrößen-Schwingungen sehr großer Amplitude verbleiben,
  • DANN werden alle Verstärkungen um 50% vermindert.

Bewertungspunkt 11: Bewertung, ob Schwingungen der Stellgröße gedämpft worden sind.
Regelgruppe 11: Wenn langzeitig große Schwingungen der Stellgröße verbleiben, wird das Einstellen derart vorgenommen, daß zur Vermeidung von Gefahren die Regelungsverstärkungen verringert werden.

• WENN die Schwingungen der Stellgröße ausreichend gedämpft wurden,
  • DANN erfolgt keine Verstärkungsänderung.
• WENN Stellgrößen-Schwingungen kleiner Amplitude verbleiben,
  • DANN werden alle Verstärkungen um 10% vermindert.
• WENN Stellgrößen-Schwingungen großer Amplitude verbleiben,
  • DANN werden alle Verstärkungen um 20% vermindert.
• WENN Stellgrößen-Schwingungen sehr großer Amplitude verbleiben,
  • DANN werden alle Verstärkungen um 50% vermindert.

Da gemäß der vorstehenden Beschreibung bei diesem Ausführungsbeispiel die Anzahl der Unterteilungen der Bewertung "4" ist und die Anzahl der zu erfassenden charakteristischen Variablen bzw. Zustandsgrößen "12" ist, würde entsprechend dem herkömmlichen Einstellregel-Grundstock die Anzahl der Kombinationen von Regeln die ungeheuer große Anzahl von 4¹² = 16777216 erreichen, so daß das Zusammenstellen und Einsetzen des Einstellregel-Grundstocks praktisch unmöglich wäre. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die zwölf Zustandsgrößen in den elf Bewertungspunkten entsprechende Sätze unterteilt, für die jeweiligen Sätze Gruppen von Regeln eingesetzt und die Regeln außer denjenigen der Regelgruppe 2 jeweils durch einzelne Lehrsätze gebildet. Da infolgedessen die Anzahl der Regeln zu 4×10+4² = 56 wird, kann das Zusammenstellen und Einsetzen der Regeln auf einfache Weise bewerkstelligt werden.

Die vorstehend genannten elf Regelgruppen enthalten Zugehörigkeitsfunktionen, aus denen für die jeweilige Regelgruppe durch Bestimmen des Anwendungsgrades bezüglich einer jeden Regel der Regelgruppe die Verstärkungsfaktor-Stellgrößen gefolgert werden, und die Speichereinrichtung 22 speichert diese Zugehörigkeitsfunktionen. Die Fig. 2A bis 2D zeigen Zugehörigkeitsfunktionen für die Gruppe 1 der Regeln. Dabei zeigt die Fig. 2A die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen, während die Fig. 2B bis 2D die Folgerungs-Zugehörigkeitsfunktionen zeigen, welche jeweils die Proportionalverstärkung, die Integralverstärkung bzw. die Differentialverstärkung betreffen. Außerdem speichert die Speichereinrichtung 22 für jede Regelgruppe den Zusammenhang zwischen der Größe einer jeden Zustandsvariablen und dem Anwendungsgrad für die Anwendung der Folgerungsergebnisse für die einzustellenden Größen. Gemäß Fig. 6 kann der Anwendungsgrad bei diesem Ausführungsbeispiel mit Ausnahme des der Regelgruppe 2 entsprechenden Anwendungsgrads entsprechend einer Änderung der Zustandsgröße geändert werden und der vorangehend genannte Zusammenhang ist in Form von Zugehörigkeitsfunktionen gespeichert.

Das Überschwingungsausmaß und die Schwingungsdämpfung, die in der Regelgruppe 2 die Zustandsgrößen sind, sind Zustandsgrößen bezüglich der Regelungsstabilisierung. Da der Wichtigkeitsgrad dieser Zustandsgrößen hoch ist, werden diese beiden Zustandsgrößen kombiniert und es werden ausführliche Regeln wie die in den Tabellen 1, 2 und 3 gezeigten aufgestellt. Außerdem wird auch hinsichtlich des Anwendungsgrads derjenige für die Regeln der Gruppe 2 maximal gewählt und damit die Einstellung unter Betonung der Stabilität der Regelung vorgenommen.

Mit der Speichereinrichtung 22 ist der Vorgabekorrektor 24 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird im voraus ein Drehzahlbereich bemessen, in welchem die jeweiligen Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine 14 nicht innerhalb eines zulässigen Bereichs gesteuert werden können. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist dieser Drehzahlbereich auf 1000 Umdrehungen/Minute oder weniger gewählt. Der Vorgabekorrektor 24 nimmt als Eingangssignal die Regelgröße "Drehzahl" auf und bestimmt gemäß der eingegebenen Drehzahl, ob die Brennkraftmaschine 14 in diesem Drehzahlbereich läuft. Falls ermittelt wird, daß die Brennkraftmaschine 14 in diesem Drehzahlbereich läuft, wird der Zusammenhang zwischen den Zustandsgrößen für die Gruppe von Regeln und den Faktorstellgrößen derart korrigiert, daß eine Änderung dieser Drehzahl zugelassen ist.

Im einzelnen wird gemäß Fig. 3 eine Korrektur in der Weise vorgenommen, daß die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktion zum Bewerten der Änderung der Drehzahl (Regelgröße) während einer Störung in der Gruppe 7 der Regeln in einer Richtung verschoben werden, bei der die Dreiecke größer werden (nach rechts zu). Als Ergebnis wird die Gewichtung bezüglich der Bewertung von "gut" für die gleiche Änderung der Drehzahl höher, so daß der Bereich der Bewertung bezüglich der Änderung der Drehzahl während einer Störung erweitert wird. Gleichartige Korrekturen werden hinsichtlich der Vorgaben- Zugehörigkeitsfunktionen für die Bewertung des Überschwingungsausmaßes, der Überschwingungskonvergenzzeit und der Erholzeit einer Änderung der Regelgröße während einer Störung in den Gruppen 2, 3 und 8 der Regeln vorgenommen. Außerdem wird hinsichtlich der Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen für die Bewertung der Schwingungsdämpfung in der Gruppe 2 der Regeln eine Korrektur gemäß der Darstellung in Fig. 4 vorgenommen. D. h., an einem Dreieck, das der Bewertung der Zugehörigkeitsfunktion als "schlecht" entspricht, erfolgt die Korrektur in der Weise, daß die untere rechte Ecke des Dreiecks festgelegt wird und die anderen beiden Ecken nach rechts versetzt werden, wobei ihr Zusammenhang mit dem der Bewertung "sehr schlecht" entsprechenden Dreieck berücksichtigt wird. Hinsichtlich der jeweils den Bewertungen "etwas schlecht" und "ausreichend gut" entsprechenden Dreiecke erfolgen die Korrekturen derart, daß alle Dreiecke nach rechts verschoben werden.

Von der Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 wird eine unscharfe Folgerung bzw. Fuzzy-Inferenz aus den von der Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit 18 eingegebenen Zustandsgrößen sowie den in der Speichereinrichtung 22 gespeicherten Regeln und Anwendungsgraden vorgenommen, wonach die Faktorstellgrößen für die Anteile P, I und D bestimmt und an die PID-Recheneinheit 12 abgegeben werden.

Unter Bezugnahme auf das in Fig. 5 gezeigte Ablaufdiagramm wird nun die Funktion des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es ist anzumerken, daß der in Fig. 5 dargestellte Ablauf ausgeführt wird, wenn die Abweichung einen vorbestimmten Wert oder mehr erreicht.

In einem Schritt 100 wird ermittelt, ob die Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 1000 Umdrehungen/Minute oder weniger beträgt oder nicht. Falls der Schritt 100 die Antwort "JA" ergibt, werden in einem Schritt 102 durch den Vorgabekorrektor 24 die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen für die Gruppen 2, 3, 7 und 8 der Regeln gemäß der Darstellung in Fig. 3 und 4 korrigiert, wonach der Ablauf zu einem Schritt 104 fortschreitet. Als Ergebnis werden die Bewertungsbereiche bezüglich der Schwingungsdämpfung, des Überschwingungsausmaßes, der Überschwingungskonvergenzzeit, der Änderung der Regelgröße während einer Störung und der Erholzeit für eine Änderung der Regelgröße während einer Störung breit. Damit wird eine Verschlechterung der Zustandsgrößen während des Auftretens einer Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 zugelassen. Falls der Schritt 100 die Antwort "NEIN" ergibt, schreitet der Ablauf ohne Ausführung der Verarbeitung im Schritt 102 zu dem Schritt 104 weiter.

Bei dem Schritt 104 werden aus den verschiedenartigen, in die Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit 18 eingegebenen Informationen die genannten zwölf Zustandsgrößen erfaßt. In einem nachfolgenden Schritt 106 wird aus dem in der Speichereinrichtung 22 gespeicherten Einstellregel-Grundstock eine Gruppe von Regeln ausgelesen, die einem bestimmten Bewertungspunkt entsprechen (beispielsweise die Gruppe 1 der Regeln im Falle des Bewertungspunktes 1). Dabei werden hinsichtlich der Gruppen 2, 3, 7 und 8 von Regeln dann, wenn die Verarbeitung bei dem Schritt 102 ausgeführt worden ist, die Gruppen von Regeln ausgelesen, für die die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen korrigiert worden sind. In einem Schritt 108 wird der eine jede der Regeln betreffende Anwendungsgrad in bezug auf die Zustandsgrößen unter Ansetzen der den Bewertungspunkt betreffenden Zustandsgröße (beispielsweise im Falle des Bewertungspunktes 1 der Abweichung einer Ausregelungszeit von einem Sollwert) sowie der Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionenn berechnet, die der ausgelesenen Gruppe von Regeln entsprechen.

Falls beispielsweise der Wert der Zustandsgröße "Abweichung einer Ausregelungszeit von einem Sollwert" ein in Fig. 2A durch einen Pfeil A dargestellter Wert ist, werden Berechnungen in der Weise vorgenommen, daß der Anwendungsgrad für "Ausregelungszeit ist ausreichend kurz" in der ersten Regel 0,25 und der Anwendungsgrad für "Ausregelungszeit etwas lang" in der zweiten Regel 0,75 ist.

In einem nachfolgenden Schritt 110 werden für eine jede Regel hinsichtlich der Folgerungs-Zugehörigkeitsfunktionen grafische Formen bzw. Kurven erhalten, in denen die Gipfelteile der den durch die Regeln angegebenen Faktorstellgrößen entsprechenden Dreiecke gemäß dem Anwendungsgrad der betreffenden Regeln abgeschnitten sind. Die Vielzahl der auf diese Weise erhaltenen Kurven wird einander überlagert und es wird die Schwerpunktsmitte ermittelt. Als Beispiel wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2B ein einzustellendes Ausmaß der Proportionalverstärkung in einem Fall beschrieben, bei dem der Anwendungsgrad bezüglich der ersten Regel 0,25 ist und der Anwendungsgrad bezüglich der zweiten Regel 0,75 ist. Da für die erste Regel als Faktorstellgröße "keine Verstärkungseinstellung' angegeben ist, wird eine grafische Form B erhalten, in welcher der Spitzenteil der grafischen Form für "keine Änderung" entsprechend dem Anwendungsgrad 0,25 der ersten Regel abgeschnitten ist. Da durch die zweite Regel als Faktorstellgröße "Proportionalverstärkungserhöhung um 1%" angegeben ist, wird für die zweite Regel eine grafische Form C erhalten, in welcher der Gipfelteil der "1% Erhöhung" entsprechenden grafischen Form entsprechend dem Anwendungsgrad 0,75 abgeschnitten ist. Dann wird die Schwerpunktsmitte der einander überlagerten grafischen Formen B und C ermittelt. Diese Schwerpunktsmitte entspricht einem Mittelwert, bei welchem die durch die entsprechenden Regeln angegebenen Faktorstellgrößen durch den Anwendungsgrad der Regeln gewichtet sind. Das heißt, diese Schwerpunktsmitte ist das Ergebnis der Inferenz des Ausmaßes der Proportionalverstärkungseinstellung bei der Gruppe 1 der Regeln. Falls die vorstehend beschriebene Verarbeitung auf gleichartige Weise in bezug auf das Ausmaß der Integralverstärkungseinstellung und das Ausmaß der Differentialverstärkungseinstellung ausgeführt wird, wird damit die Schlußfolgerung für die Faktoreinstellgröße bezüglich eines einzelnen Bewertungspunktes (Satzes) getroffen.

In einem Schritt 112 wird ermittelt, ob die Inferenz-Verarbeitung hinsichtlich aller Bewertungspunkte abgeschlossen wurde oder nicht. Wenn bei dem Schritt 112 die Antwort "NEIN" ist, kehrt der Ablauf zu dem Schritt 102 zurück und die Schritte 102 bis 112 werden wiederholt, bis der Schritt 112 die Antwort "JA" ergibt. Auf diese Weise werden die Gruppen von Regeln gelesen, die den Bewertungspunkten entsprechen, für die die Inferenz-Verarbeitung nicht abgeschlossen wurde, und die Verarbeitung erfolgt auf die vorstehend beschriebene Weise. Damit werden die Schlußfolgerungen hinsichtlich der Faktorstellgrößen bezüglich aller Bewertungspunkte getroffen. Es ist anzumerken, daß in einem Fall, bei dem die Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 in einem Drehzahlbereich liegt, in welchem es unmöglich ist, die jeweiligen Zustandsgrößen innerhalb eines zulässigen Bereichs zu steuern, wegen der auf die vorstehend beschriebene Weise korrigierten Zugehörigkeitsfunktionen für die Gruppen von Regeln ein Teil der Einstellung für das Ausregeln von Drehzahländerungen, die nicht unterdrückt werden können, in diesen gefolgerten Faktorstellgrößen nicht enthalten ist. Daher werden bezüglich der jeweiligen Bewertungspunkte die geeigneten Faktorstellgrößen gefolgert.

In einem Schritt 114 wird der Anwendungsgrad der Interferenz-Ergebnisse für die Gruppen von Regeln unter Anwendung der in der Speichereinrichtung 22 gespeicherten Zugehörigkeitsfunktionen für den Anwendungsgrad und der Zustandsgrößen berechnet. Die Zugehörigkeitsfunktionen für den Anwendungsgrad der Gruppen von Regeln mit Ausnahme der Gruppe 2 sind derart angesetzt, daß der Anwendungsgrad hoch wird, wenn der Regelungszustand des Regelungsobjekts 14 nicht den Erfordernissen der Bewertungspunkte genügt. Da infolgedessen den Inferenz-Ergebnissen für die Gruppen von Regeln, die den Bewertungspunkten entsprechen, welche nicht den Erfordernissen genügen, ein großes Gewicht zugeordnet wird, ist es unmöglich, die geeignete Faktoreinstellung in besserer Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken auszuführen. Es ist anzumerken, daß hinsichtlich der Gruppe 2 von Regeln wegen der engen Beziehung dieser Gruppe zu der Stabilität der Regelung in Anbetracht der Regelungsstabilität der Anwendungsgrad unabhängig von den Zustandsgrößen (dem Überschwingungsausmaß und dem Dämpfungsverhältnis) auf den maximalen Wert 1,0 eingestellt wird (siehe Fig. 6).

In einem Schritt 116 wird eine Gewichtungszuordnung zu den Inferenz-Ergebnissen für die jeweiligen Gruppen von Regeln unter Anwendung des auf die vorstehend beschriebene Weise berechneten Anwendungsgrads vorgenommen und es werden die Mittelwerte berechnet. Dadurch werden die jeweiligen Inferenz-Ergebnisse parallel behandelt und bezüglich der Proportionalverstärkung, der Integralverstärkung und der Differentialverstärkung die Faktorstellgrößen bestimmt, die eine Vielzahl von Zustandsgrößen wiedergeben. In einem Schritt 118 werden die auf die vorstehend beschriebene Weise bestimmten Größen für die PID-Verstärkungseinstellung in die PID-Recheneinheit 12 eingegeben und eingestellt. Es ist anzumerken, daß wegen des Aufstellens der Gruppen von Regeln des Regelgrundstocks unter Anwendung des menschlichen Fachwissens die vorstehend genannten Faktorstellgrößen das menschliche Fachwissen wiederspiegeln. Infolgedessen werden die jeweiligen Verstärkungen derart eingestellt, daß die zweckdienliche Regelung in Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken ausgeführt wird.

In einem nachfolgenden Schritt 120 werden dann, wenn die Verarbeitung bei dem Schritt 102 ausgeführt worden ist und die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen korrigiert worden sind, die Zugehörigkeitsfunktionen wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückgestellt. Daher werden dann, wenn diese Routine das nächste mal ausgeführt wird, in dem Fall, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 höher als 1000 Umdrehungen/Minute ist, die Faktorstellgrößen gemäß den normalen Gruppen von Regeln gefolgert. Falls Schwankungen der Drehzahl aufgetreten sind, werden die Faktorstellgrößen derart bestimmt, daß die Schwankungen verringert werden.

Als nächstes werden die Ergebnisse der tatsächlichen Verstärkungseinstellung bei der Regelung der Brennkraftmaschine 14 mittels der PID-Steuereinheit 10 mit der Faktoreinstelleinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Fig. 7A und 7B veranschaulichen den Prozeß der Selbstabstimmung in einem Fall, bei dem bei Leerlauf der Brennkraftmaschine 14 der Sollwert geändert wird. Diese Figuren zeigen, wie Schwankungen der Maschinendrehzahl, die durch verhältnismäßig große Schwingungen charakterisiert sind, durch die Selbstabstimmung gedämpft bzw. verringert werden. Die Fig. 8A und 8B veranschaulichen den Prozeß der Selbstabstimmung in einem Fall, bei dem durch eine Hydraulikpumpe die Belastung der Brennkraftmaschine 14 geändert wird. Gemäß Fig. 8A werden die Spitzenwerte der Schwankungen der Maschinendrehzahl zu jedem Belastungszeitpunkt und zu jedem Entlastungszeitpunkt allmählich kleiner. Auf diese Weise erfolgt durch abwechselndes Abstimmen wegen einer Sollwertänderung und Abstimmen wegen einer Laständerung die Verstärkungsfaktoreinstellung derart, daß das Nachführen mit dem Sollwert und das Ausregeln einer Störung miteinander vereinbar werden. Das Verhalten nach beendeter Abstimmung ist in den Fig. 9A und 9B gezeigt.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung sind bei dem ersten Ausführungsbeispiel die zwölf Zustandsgrößen in elf Sätze entsprechend den Bewertungspunkten unterteilt, zum Bilden eines Einstellregel-Grundstocks für einen jeden Satz Gruppen von Regeln aufgestellt, die unter Anwendung von Zugehörigkeitsfunktionen den Zusammenhang zwischen den entsprechenden Zustandsgrößen und den Faktorstellgrößen ausdrücken, und die Regeln in den Gruppen von Regeln mit Ausnahme der Gruppe 2 jeweils durch einzelne Lehrsätze gebildet. Infolgedessen ist es möglich, die Anzahl der Regeln zu verringern, und die Faktoreinstelleinrichtung kann bei einem Regelungsobjekt wie der Brennkraftmaschine 14 angewandt werden, für das bzw. die eine Vielzahl von Bewertungspunkten anzusetzen ist.

Außerdem sind gemäß der vorstehenden Beschreibung die Zugehörigkeitsfunktionen für den Anwendungsgrad der Gruppen von Regeln mit Ausnahme der Gruppe 2 derart angesetzt, daß der Anwendungsgrad hoch wird, wenn der Regelungszustand des Regelungsobjekts 14 nicht den Erfordernissen der den Gruppen von Regeln entsprechenden Bewertungspunkte entspricht. Daher wird durch die Interferenz-Ergebnisse für die Gruppen von Regeln, die den Bewertungspunkten entsprechen, welche nicht den Erfordernissen genügen, eine hohe Bewertung bzw. ein großes Gewicht zugeordnet und es ist dadurch möglich, die zweckdienliche Verstärkungsfaktoreinstellung in besserer Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken vorzunehmen.

Ferner werden bei dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Fall, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 1000 Umdrehungen/Minute oder weniger beträgt, die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen in den Gruppen von Regeln derart korrigiert, daß der zulässige Bereich für eine jede der Zustandsgrößen erweitert wird. Infolgedessen wird die Verstärkung zu einer Ausregelung der Maschinendrehzahländerungen geändert und auf geeignete Weise eingestellt. Daher ist es möglich, die zweckdienliche Regelung an einem Regelungsobjekt wie der Brennkraftmaschine 14 auszuführen, für das bzw. die eine Vielzahl von Bewertungspunkten anzusetzen ist.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist gemäß der Darstellung in den Tabellen 1, 2 und 3 die Gruppe 2 der Regeln durch detaillierte Regeln gebildet, in denen zwei Zustandsgrößen berücksichtigt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf eingeschränkt, so daß die Gruppe 2 der Regeln in zwei Sätze unterteilt werden kann und die Anzahl der Sätze gleich der Anzahl der Zustandsgrößen gemacht werden kann. Eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung des Konzepts für diesen Fall ist in Fig. 17 gezeigt und die Gruppen von Regeln sind nachstehend dargestellt. Dabei liegen Fälle vor, bei denen in Abhängigkeit von den Laufzuständen die Konvergenzzeit um ungefähr 30% verlängert ist, jedoch entsteht im praktischen Einsatz kein Problem.

Bewertungspunkt 2 für die Bewertung, ob das Überschwingungsausmaß klein ist.
Regelgruppe 2: Die Faktoreinstellung erfolgt in der Weise, daß das Überschwingungsausmaß klein wird. Außerdem wird der Anwendungsgrad dieser Gruppe von Regeln immer auf 1,0 eingestellt.

• WENN das Überschwingungsausmaß ausreichend klein ist,
  • DANN erfolgt keine Verstärkungseinstellung.
• WENN das Überschwingungsausmaß etwas groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 3% erhöht und die Integralverstärkung um 3% verringert.
• Wenn das Überschwingungsausmaß groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 16% erhöht und die Integralverstärkung um 6% vermindert.
• WENN das Überschwingungsausmaß sehr groß ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 30% erhöht und die Integralverstärkung um 12% vermindert.

Bewertungspunkt 2′ für die Bewertung, ob die Schwingungsdämpfung gut ist.
Regelgruppe 2′: Die Faktoreinstellung erfolgt in der Weise, daß die Schwingungsdämpfung gut wird. Außerdem wird der Anwendungsgrad dieser Gruppe von Regeln immer auf 1,0 angesetzt.

• WENN die Schwingungsdämpfung ausreichend gut ist,
  • DANN erfolgt keine Verstärkungseinstellung.
• WENN die Schwingungsdämpfung etwas schlecht ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 3% verringert, die Integralverstärkung um 3% verringert und die Differentialverstärkung um 4% erhöht.
• WENN die Schwingungsdämpfung schlecht ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 6% verringert, die Integralverstärkung um 6% verringert und die Differentialverstärkung um 10% erhöht.
• WENN die Schwingungsdämpfung sehr schlecht ist,
  • DANN wird die Proportionalverstärkung um 12% verringert, die Integralverstärkung um 12% verringert und die Differentialverstärkung um 20% erhöht.

Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Dieses zweite Ausführungsbeispiel hat im wesentlichen die gleiche Gestaltung wie das erste Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich jedoch in folgendem: Nach dem Bestimmen der Faktorstellgrößen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden von der Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 gemäß diesen Faktorstellgrößen und den gegenwärtigen Verstärkungen Verstärkungsnachstellungen berechnet und diese in die PID-Recheneinheit 12 eingesetzt. Aus den eingestellten Verstärkungen und den eingegebenen Abweichungen bestimmt die PID-Recheneinheit 12 die an der Brennkraftmaschine 14 anzuwendende Stellgröße.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung können auch im Falle einer Gestaltung, bei der die Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 die Verstärkungen berechnet und diese in der PID-Recheneinheit 12 einstellt, die Vorteile erzielt werden, daß eine zweckdienliche Verstärkungsfaktoreinstellung in besserer Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken ermöglicht ist und daß die Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung für ein Regelungsobjekt wie die Brennkraftmaschine 14 verwendet werden kann, für welche eine Vielzahl von Bewertungspunkten anzusetzen ist. Daher besteht für die Faktoreinstelleinrichtung keine Einschränkung auf eine solche für das Einstellen von Faktoreinstellgrößen in dem PID-Regler, sondern kann auch eine Einrichtung sein, in der die Verstärkungen bzw. Verstärkungsfaktoren berechnet und auf die vorstehend beschriebene Weise eingesetzt werden.

Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Komponenten oder Teile, die mit denjenigen bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen identisch sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird weggelassen.

Gemäß Fig. 10 ist der PID-Regler mit der Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in einen PID-Reglerteil 11 mit der PID-Recheneinheit 12 und in die Selbstabstimmeinheit 16 mit der Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit 18, der Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 und der Speichereinrichtung 22 aufgeteilt. Der PID-Reglerteil 11 enthält eine Datenübertragungseinheit 32. In die Datenübertragungseinheit 32 werden die an der Brennkraftmaschine 14 anzuwendende Stellgröße, die Drehzahl der Brennkraftmaschine 14, der Sollwert für die Drehzahl und die Abweichung der Soll-Drehzahl von der Drehzahl eingegeben. Die Datenübertragungseinheit 32 überträgt die eingegebenen Informationen zu einer Datenübertragungseinheit 31 des Selbstabstimmteils 16.

Die Datenübertragungseinheit 31 ist mit der Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit 18 verbunden und führt dieser die empfangenen Informationen zu. Gemäß den zugeführten Informationen werden von der Zustandsgrößen-Aufnahmeeinheit 18 auf gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Zustandsgrößen erfaßt. Ferner ist die Datenübertragungseinheit 31 mit der Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 verbunden, durch die in die Datenübertragungseinheit 31 die ermittelten Faktorstellgrößen für die Anteile P, I und D eingegeben werden. Die Datenübertragungseinheit 31 überträgt die empfangenen Faktorstellgrößen P, I und D zu der Übertragungseinheit 32. Von der Datenübertragungseinheit 32 werden wiederum die empfangenen Faktorstellgrößen P, I und D in die PID-Recheneinheit 12 eingegeben. Die PID-Recheneinheit 12 stellt die PID-Verstärkungen gemäß den eingegebenen Faktorstellgrößen ein und gibt eine dadurch bestimmte Stellgröße für die Brennkraftmaschine 14 ab.

Auch dann, wenn der Selbstabstimmteil 16 die Faktorstellgrößen in dem PID-Reglerteil 11 über die Datenübertragungseinrichtung oder dergleichen gemäß der vorstehenden Beschreibung einstellt, werden die Vorteile erzielt, daß wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine zweckdienliche Verstärkungseinstellung in besserer Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken ermöglicht ist und daß die Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung bei einem Regelungsobjekt wie der Brennkraftmaschine 14 angewandt werden kann, für das bzw. die eine Vielzahl von Bewertungspunkten anzusetzen ist. Daher besteht nicht das Erfordernis, daß die Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung und der PID-Regler miteinander direkt verbunden, sondern sie können miteinander über eine Übertragungseinrichtung wie Datenübertragungseinheiten verbunden sein.

Als nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Dieses vierte Ausführungsbeispiel hat im wesentlichen die gleiche Gestaltung wie das dritte Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich jedoch im folgendem: Nach dem Bestimmen der Faktorstellgrößen auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden von der Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 gemäß diesen Faktorstellgrößen und den gegenwärtigen Verstärkungen Faktornachstellgrößen berechnet und diese an die Datenübertragungseinheit 31 abgegeben. Über die Datenübertragungseinheiten 31 und 32 werden die abgegebenen Nachstellgrößen in der PID-Recheneinheit 12 eingestellt. Gemäß den eingestellten Verstärkungen und den eingegebenen Abweichungen hiervon bestimmt die PID-Recheneinheit 12 die Stellgröße.

Auch bei der Gestaltung in der Weise, daß in der Fuzzy-Inferenz-Einheit 20 die Verstärkungen berechnet werden und diese über die Übertragungseinrichtung wie die Datenübertragungseinheiten gemäß der vorstehenden Beschreibung in der PID-Recheneinheit 12 eingestellt werden, werden die Vorteile erzielt, daß wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine zweckdienliche Verstärkungsfaktoreinstellung in besserer Übereinstimmung mit dem menschlichen Denken ermöglicht ist und daß die Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung für ein Regelungsobjekt wie die Brennkraftmaschine 14 mit einer Vielzahl anzusetzender Bewertungspunkte angewandt werden kann.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird im voraus ein Drehzahlbereich ermittelt, in welchem die Zustandsgrößen nicht innerhalb eines zulässigen Bereichs gesteuert werden können, und es werden dann, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 in diesen Drehzahlbereich fällt, durch den Vorgabekorrektor 24 die Zugehörigkeitsfunktionen der Vorgaben korrigiert. Alternativ kann jedoch eine Gestaltung in der Weise vorgesehen werden, daß ein Vergleich zwischen einer Stellgröße bezüglich der Brennstoffzufuhr und der Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 vorgenommen wird und dann, wenn sich die Drehzahl um mehr als ein zulässiges Ausmaß ändert, obgleich die Stellgröße für die Brennstoffzufuhr nicht geändert wurde, die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen auf die vorstehend beschriebene Weise korrigiert werden, um dadurch Drehzahländerungen zuzulassen.

Obzwar ferner bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen bei dem Drehzahlbereich korrigiert werden, in welchem die jeweiligen Zustandsgrößen nicht in einem zulässigen Bereich gesteuert werden können, kann die Einstelleinrichtung alternativ derart ausgelegt werden, daß ohne eine Korrektur der Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen die Folgerungs-Zugehörigkeitsfunktionen in der Weise korrigiert werden, daß hinsichtlich der Ergebnisse der Bewertung der Vorgaben-Zugehörigkeitsfunktionen die Faktorstellgrößen klein werden.

Teilprinzipien der Erfindung können an verschiedenartigen Regelungsobjekten angewandt werden, für die eine Vielzahl von Bewertungspunkten anzusetzen sind. Als Beispiel werden die Ergebnisse in einem Fall beschrieben, bei dem Teilprinzipien der Erfindung zur Verstärkungsfaktoreinstellung eines Analogrechners angewandt werden. Die Fig. 11A und 11B veranschaulichen den Prozeß der Selbstabstimmung bei der Verstärkungsfaktoreinstellung in dem Fall, daß das Regelungsobjekt 14 ein Verzögerungssystem zweiter Ordnung des Analogrechners ist, in welchem bei jeder Änderung des Sollwerts die Kurvenformerkennung vorgenommen wird, um die Verstärkungsfaktoreinstellung herbeizuführen. Diese Figuren zeigen, wie die Schwankungen der Regelgröße, die durch verhältnismäßig große Schwingungen charakterisiert sind, durch die Selbstabstimmung gedämpft bzw. abgeschwächt werden. Die Fig. 12A und 12B veranschaulichen den Prozeß der Verstärkungsfaktornachstellung in einem Fall, bei dem das Regelungsobjekt 14 das Verzögerungssystem zweiter Ordnung des Analogrechners ist und die Ansprechcharakteristik des Regelungssystems von derjenigen eines schnellen Systems auf diejenige eines langsamen Systems geändert wurde. Diese Figuren zeigen zwar, daß bei dem Ansprechen der Regelgröße auf eine Änderung der Charakteristik Schwingungen auftreten, jedoch durch die Selbstabstimmung die Ansprechkurvenform auf eine zufriedenstellende Kurvenform geregelt wird, ohne daß eine Verringerung der Ansprechgeschwindigkeit hervorgerufen wird. Die Fig. 13A und 13B veranschaulichen den Prozeß der Selbstabstimmung in einem Fall, bei dem das Regelungsobjekt ein Verzögerungssytem vierter Ordnung des Analogrechners ist. Aus den Figuren ist ersichtlich, daß selbst bei einer Änderung der Ordnung des Regelungsobjekts die Selbstabstimmung durch Verstärkungsfaktoreinstellung ermöglicht ist.

Weiterhin werden zwar bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen Dreieck-Zugehörigkeitsfunktionen angewandt, jedoch können als Zugehörigkeitsfunktionen auch Glockenfunktionen angewandt werden.

Claims (12)

1. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung für einen PID-Regler (12) zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine (14), der unter Einstellen einer Verstärkung die Drehzahl gemäß einer Abweichung der Drehzahl von einem Sollwert und gemäß der Verstärkung auf den Sollwert einregelt, mit
einer Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung (18) zur Erfassung einer Vielzahl von drehzahlbezogenen Zustandsgrößen, die in eine Anzahl von Sätzen aufteilbar sind, die einer, zur Bildung einer Fuzzy-Inferenz verwendbaren Anzahl von Bewertungspunkten entsprechen,
einer ersten Speichereinrichtung (22), in der eine der Anzahl der Bewertungspunkte entsprechende Anzahl von Regelgruppen gespeichert sind, wobei die Regelgruppen den Zusammenhang zwischen den einzelnen Zustandsgrößen eines einem bestimmten Bewertungspunkt entsprechenden bestimmten Satzes und einer Verstärkungsfaktor-Stellgröße angeben,
einer zweiten Speichereinrichtung (22), in der der Zusammenhang zwischen einer betragsmäßigen Größe der einzelnen in den Sätzen enthaltenen Zustandsgrößen und einem Anwendungsgrad der Verstärkungsfaktor-Stellgröße gespeichert ist,
einer Korrektureinrichtung (24) zur Korrektur des Zusammenhangs zwischen den betragsmäßigen Größen der einzelnen in den Sätzen enthaltenen Zustandsgrößen und dem Anwendungsgrad der Verstärkungsfaktor-Stellgröße derart, daß ein zulässiger Bereich erweitert wird, wenn ermittelt wird, daß die jeweiligen Zustandsgrößen nicht innerhalb des zulässigen Bereichs gesteuert werden können, und
einer Fuzzy-Inferenzeinrichtung (20) zum Folgern der Verstärkungsfaktor-Stellgröße für jeden der Sätze auf der Grundlage der erfaßten Zustandsgrößen und der Regelgruppen, zum Bestimmen des Anwendungsgrads der Verstärkungsfaktor-Stellgröße für jeden der Sätze entsprechend einer Änderung der Zustandsgröße eines jeweiligen Satzes, und zum Ermitteln einer Größe der einzustellenden Verstärkung durch Berechnen eines gewichteten Mittelwerts des Ergebnisses der Folgerung der Verstärkungsfaktor-Stellgröße mit dem Anwendungsgrad als Gewichtungsfaktor.

2. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuzzy-Inferenzeinrichtung (20) die Größe der einzustellenden Verstärkung in dem PID-Regler (12) einstellt.

3. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuzzy-Inferenzeinrichtung (20) in dem PID-Regler (12) die Größe der einzustellenden Verstärkung durch Übertragen über eine Datenübertragungseinrichtung (31, 32) einstellt.

4. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuzzy-Inferenzeinrichtung (20) aus der Größe der einzustellenden Verstärkung und einer gegenwärtigen Verstärkung eine Verstärkungsnachstellgröße bestimmt und diese in dem PID-Regler (12) einstellt.

5. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuzzy-Inferenzeinrichtung (20) die Verstärkungsnachstellgröße in dem PID-Regler (12) durch Übertragen über eine Datenverarbeitungseinrichtung (31, 32) einstellt.

6. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Zustandsgrößen in eine Vielzahl von Sätzen aufgeteilt ist, die einer Vielzahl von vorherbestimmten Bewertungspunkten entsprechen.

7. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Regelungszustand der Brennkraftmaschine (14) den Erfordernissen eines bestimmten Bewertungspunkts nicht genügt, der Anwendungsgrad für den diesem Bewertungspunkt entsprechenden Satz hoch ist.

8. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustandsgrößen derart in Sätze aufgeteilt sind, daß die resultierende Anzahl von Sätzen gleich der Anzahl der Zustandsgrößen ist.

9. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dann eine jeweilige Zustandsgröße nicht innerhalb des zulässigen Bereichs gesteuert werden kann, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine (14) in einem Bereich niedriger Drehzahlen liegt.

10. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dann eine jeweilige Zustandsgröße nicht innerhalb des zulässigen Bereichs gesteuert werden kann, wenn sich die Drehzahl um mehr als einen zulässigen Wert ändert, obwohl eine die Brennstoffzufuhr betreffende Steuergröße nicht geändert wurde.

11. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Vielzahl von Zustandsgrößen die die Stabilität der Drehzahl betreffenden Zustandsgrößen in einem Satz zusammengefaßt sind.

12. Verstärkungsfaktor-Einstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anwendungsgrad der die Stabilität betreffenden Zustandsgrößen auf einen Maximalwert eingestellt ist.