DE69524895T2

DE69524895T2 - Selbstanpassendes Steuerungssystem mit Rückführung für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE69524895T2
Application number: DE69524895T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Hasegawa; Isao Komoriya; Hidetaka Maki; Yoichi Nishimura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-03-09
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2015-03-10
Also published as: EP0671554A3; EP0671554B1; JP3233526B2; EP0671554A2; JPH07247886A; US5692485A; DE69524895D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Regelungssystem, welches eine adaptive Regelung nutzt, insbesondere ein Regelungssystem mit einem adaptiven Regler zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses usw. in einem Verbrennungsmotor, wobei das Regelungssystem einen Rückkopplungskoeffizienten derart bestimmt, dass die geregelte Variable zu dem Sollwert identisch wird.

Beschreibung des Stands der Technik

Herkömmlich wird in der Regelungstechnik verbreitet ein PID-Regler eingesetzt. Bei der Regelung werden die proportionale Verstärkung, die integrale Verstärkung und die differenzielle Verstärkung im Hinblick auf den Fehler zwischen dem Sollwert und der geregelten Variablen verändert (um korrespondierend dazu den integralen Term usw. zu bestimmen) und die sich ergebenden Terme werden dann aufsummiert, um den Regelungskoeffizienten zu bestimmen. Oftmals wird ein PI-Regler oder ein derartiger Regler einfacheren Aufbaus verwendet.
Wenn das sich verändernde geregelte Objekt ein Objekt ist, dessen Statusveränderung zu einer Veränderung der Soll-Konvergenzgeschwindigkeit führt, benötigt der PID-Regler eine beträchtliche Zeit, um den Fehler zu korrigieren. Bei Verwendung einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung für einen Verbrennungsmotor als Beispiel war es deshalb schwierig, sofort das Problem einer mageren Spitze oder einer fetten Spitze zu lösen. Aus diesem Grund bereitete ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem den Rückkopplungskoeffizienten vorab als Kartendaten vor und las diesen unter Verwendung von Motorparametern, wie beispielsweise der Motordrehzahl und der Motorlast aus, und bestimmte den Rückkopplungskoeffizienten in einer kürzeren Zeitperiode. Bei der Regelung ist es deshalb erforderlich, die Kartendaten für die jeweiligen Motorbetriebsbereiche genau zu bestimmen. Das genaue Festlegen der Daten war allerdings ziemlich schwierig. Es erforderte eine gewisse Zeit, um die Daten durch Experimente zu bestimmen.
Ein Regelungssystem, welches das Zustand-Rückkopplungs-Verfahren verwendet, wird in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Hei 5(1993)-248286 vorgestellt. In dem System wird ein Verbrennungsmotor modelliert und eine Zustandsvariable, welche beispielsweise das Motordrehmoment anzeigt, wird durch einen Überwacher geschätzt. Insbesondere deshalb, weil es als nicht einfach angesehen wird, das dynamische Verhalten eines Verbrennungsmotors genau zu modellieren, wird eine Einstellverstärkung in Antwort auf den Betriebszustand des Motors bestimmt und unter Verwendung der Einstellverstärkung wird das Motormodell identifiziert.
Dann wird ein Rückkopplungskoeffizient auf Grundlage des identifizierten Motormodells und der Zustandsvariable durch den Überwacher geschätzt. Die geschätzte Zustandsvariable wird dann mit der Rückkopplungsverstärkung multipliziert, um die Zustandsrückkopplung derart durchzuführen, dass das System der Veränderung des geregelten Objekts folgt, wenn eine derartige auftritt. Insbesondere werden die Regelungskoeffizienten bei jeweiligen Motorbetriebsbereichen identifiziert und gespeichert, damit diese als Anfangswerte bei dem nächsten Regelungszyklus verwendet werden, wodurch die Konvergenzgeschwindigkeit verbessert wird.
Bei dem System gemäß dem Stand der Technik erhält allerdings das System lediglich die Eingabe und die Ausgabe des geregelten Objekts (Motor), um das Modell zu identifizieren (einzustellen), und auf Grundlage des identifizierten Modells bestimmt es die Zustandsvariable und die Rückkopplungsverstärkung, multipliziert diese miteinander und multipliziert dann das Produkt mit dem Sollwert als manipulierte Variable, welche in das geregelte Objekt einzugeben ist. Da mit anderen Worten das System gemäß dem Stand der Technik anstelle eines PID-Reglers lediglich den Statusrückkopplungsregler verwendet, ist es bei der Konvergenzgeschwindigkeit nicht ausreichend.
Abgesehen von dem Vorstehenden wurde ein Verdampfungsemissions- Regelungssystem vorgeschlagen, um Kraftstoffdämpfe von dem Kraftstofftank zu einem aktivierten Kohlenstoff (Aktivkohle)-Behälter zu transferieren, sodass Kraftstoffdämpfe keine Kohlenwasserstoffe (HC) generieren. Die Kraftstoffdämpfe werden abgeschieden und dem Einlasssystem in Antwort auf den Motorbetriebszustand zugeführt. Gegenwärtig ist es schwer, exakt die Entleerungsmenge, insbesondere die Menge an dem Einlasssystem zugeführten HC zu messen. Das entleerte Gas wird somit ein Störfaktor für die Kraftstoffdosierungsregelung in einem Verbrennungsmotor, was bei Motorübergängen magere oder fette Spitzen hervorruft.
Deshalb wird eine derartige Regelung nicht nur vom Standpunkt der Verbesserung des Konvergenzverhaltens, sondern auch hinsichtlich der Verbesserung der Abgasreinigung seit langem erwartet. Ein derartiges System ist nicht nur dazu in der Lage, die mageren oder fetten Spitzen aufzulösen, sondern löst diese auch ohne Verzögerung auf. Allerdings reagiert das System gemäß dem Stand der Technik schwach bei Störungen und ist deshalb hinsichtlich der Konvergenz unzureichend. Die Wirkung gegen Störungen ist bei jeder Regelung erwünscht, wie auch bei der Kraftstoffdosierungs- oder die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung in einem Verbrennungsmotor.
Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Regelungssystem bereitzustellen, welches adaptiv die geregelte Variable gleich dem Sollwert macht, wodurch die Konvergenzgeschwindigkeit gesteigert wird.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Regelungssystem bereitzustellen, welches adaptiv die geregelte Variable gleich dem Sollwert machen kann, wobei die Beständigkeit gegenüber Störungen verbessert ist.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Regelungssystem bereitzustellen, welches es nicht mehr erforderlich macht, eine Rückkopplungsverstärkung oder einen Rückkopplungskoeffizienten als Kartendaten vorliegen zu haben, welche speziell dafür vorgesehen sind, die Konvergenzwirkung in Antwort auf den Zustand des geregelten Objekts zu verändern.
Es ist eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welches das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis einstellt, um die Konvergenzgeschwindigkeit zu verbessern und zusätzlich die Wirkung gegen Störungen zu steigern.
Abgesehen von dem Vorstehenden ist es erwünscht, das Regelungssystem unter Verwendung einer adaptiven Regelung mit einem Computer geringer Leistung mit kleiner Wortlänge zu realisieren.
Es ist deshalb eine fünfte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Regelungssystem bereitzustellen, welches eine adaptive Regelung verwendet, die auf einem Computer geringer Leistung mit kleiner Wortlänge durchgeführt werden kann.

ABRISS DER ERFINDUNG

Um diese Aufgaben zu realisieren, stellt die vorliegende Erfindung ein System zum Regeln einer Anlage bereit, umfassend Geregelte-Variable- Einstellmittel zum Messen eines Ausgangs der Anlage, um eine geregelte Variable zu bestimmen, Manipulierte-Variable-Bestimmungsmittel zum Bestimmen einer manipulierten Variablen, welche der Anlage zuzuführen ist, einen adaptiven Regler mit einem Systemparameterschätzer, welcher einen Systemparameter derart schätzt, dass ein Fehler zwischen der geregelten Variablen und dem Sollwert vorzugsweise auf null abfällt, wobei der adaptive Regler einen Rückkopplungskoeffizienten zumindest unter Verwendung des Systemparameters berechnet, und ein Korrekturmittel zum Korrigieren der manipulierten Variablen durch den Rückkopplungskoeffizienten.

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen erläutert, in welchen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, welches das Regelungssystem unter Verwendung der adaptiven Regelung gemäß der Erfindung zeigt, im Wesentlichen fokussiert auf deren adaptiven Regler;
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, welches das Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, im Wesentlichen fokussiert auf deren adaptiven Regler;
Fig. 3 eine Gesamtansicht des in Fig. 2 dargestellten Systems ist;
Fig. 4 ein Blockdiagramm ist, welches im Detail einer in Fig. 3 dargestellten Regelungseinheit zeigt;
Fig. 5 ein Flussdiagramm ist, welches den Betrieb des in Fig. 2 dargestellten Systems zeigt;
Fig. 6 ein Blockdiagramm ist, welches das Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, hauptsächlich fokussiert auf deren adaptiven Regler;
Fig. 7 ein Flussdiagramm ist, welches den Betrieb des in Fig. 6 dargestellten Systems zeigt;
Fig. 8 ein Blockdiagramm ist, welches das früher von der Anmelderin vorgestellte System zeigt;
Fig. 9 ein Blockdiagramm ist, welches das Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor zeigt, das bei einer Simulation zur Verifizierung des Werts des in Fig. 6 dargestellten Systems verwendet wird;
Fig. 10 ein Graph ist, welcher das Ergebnis der Simulation zeigt;
Fig. 11 ein Blockdiagramm ist, welches das Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt:
Fig. 12 ein Blockdiagramm ist, welches das Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 13 ein Blockdiagramm ist, welches einen Teil des Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Regelungssystems für einen Verbrennungsmotor gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 14 ein Flussdiagramm ist, welches den Betrieb des in Fig. 13 dargestellten Systems zeigt;
Fig. 15 ein Flussdiagramm ähnlich dem der Fig. 14 ist, welches jedoch den Betrieb des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystems für einen Verbrennungsmotor gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
Fig. 16 ein Flussdiagramm ist, ähnlich dem der Fig. 14, welches jedoch den Betrieb des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Regelungssystems für einen Verbrennungsmotor gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Regelungssystems.
Wie dargestellt, ist das Regelungssystem mit einem adaptiven Regler 1 versehen, welcher einen STR-Regler (Selbst-einstellender Regler, self tuning regulator) umfasst, der in einem Rückkopplungssystem einen Sollwert und eine geregelte Variable y(k) erhält und einen Rückkopplungskoeffizienten (KSTR(k) genannt) unter Verwendung einer Rekursionsformel berechnet. Der STR-Regler erhält einen Systemparameter , welcher von einem Systemparameterschätzer geschätzt oder identifiziert wird. Der STR-Regler ist somit als Rückkopplungskompensator ausgebildet.
Dieser adaptive Regler nutzt das Parameterschätz- oder -einstellgesetz, welches in einer Rekursionsformel ausgedrückt ist, die von I.D. Landau et al. vorgeschlagen wurde. Die vorgeschlagene Technik wandelt das adaptive System in ein äquivalentes Rückkopplungssystem um, umfassend einen linearen Block und einen nicht-linearen Block. Das Schätz- oder Einstell- Gesetz wird derart bestimmt, dass der nicht-lineare Block dem Popov'schen Integralungleichgewicht bezüglich der Eingabe-Ausgabe-Beziehung genügt, wohingegen der lineare Block strikt positiv real ist, wodurch die Systemstabilität sichergestellt ist. Die Technik wurde beispielsweise in "CONPUTROL" (Corona Publishing Co., Ltd.) Nr. 27, Seiten 28 bis 41 oder in "AUTOMATIC CONTROL HANDBOOK" (Ohm Publishing Co., Ltd.) Seiten 703 bis 707 erwähnt und ist wohlbekannt.
Bei der adaptiven Regelung werden der Skalar o&supmin;¹(k), das Element R(Z&supmin;¹,k) unter Verwendung der manipulierten Variablen und eines weiteren Elements (Z&supmin;¹,k) jeweils als Gleichung 1 bis Gleichung 3 ausgedrückt.
&sub0;&supmin;¹(k) = 1/b&sub0; Eq. 1
R(z&supmin;¹,k) = r&sub1;z&supmin;¹ + r&sub2;z&supmin;² + ... + rm+d-1z-(m+d-1) = r&sub1;z&supmin;¹ + r&sub2;z&supmin;² + r&sub3;z&supmin;³ Eq. 2
(Z&supmin;¹,k) = s&sub0; + s&sub1;z&supmin;¹ + ... + sn-1z-(n-1) = s&sub0; Eq. 3
Hier ist m, n: die Ordnung des Zählers und des Nenners einer Übertragungsfunktion der Anlage, und d: ist die Verzögerungszeit ausgedrückt in Bezug auf den Verbrennungszyklus. (n dem Ausführungsbeispiel ist m = 1, n = 1 und d = 3 gewählt. Die zweite Zeile von den Gleichungen 2 und 3 wird mit der Zahl substituiert. Das Ausführungsbeispiel wird somit als Beispiel mit Bezug auf die Anlage des Systems erster Ordnung mit einer Verzögerungszeit von 3 Verbrennungszyklen erläutert.
Der Systemparameter-Schätzer schätzt, stellt ein oder identifiziert jeweilige Koeffizienten des Skalars und Elemente nach der von I. D. Landau et al. gezeigten Weise und führt die Ergebnisse dem STR-Regler zu. Diese werden gemeinsam durch die Systemparameter (k) ausgedrückt, was allgemein als Gleichung 4 ausgedrückt ist
(k) = (k - 1) + Γ(k - 1) (k - d)e*(k) Eq. 4
Der Systemparameterschätzer schätzt den Systemparameter oder stellt diesen ein unter Verwendung der manipulierten Variablen u(i) für die Anlage und der geregelten Variablen y(j), umfassend deren letzte Werte, jeweils ausgedrückt als Vektor, derart, dass der Fehler zwischen dem Sollwert und der geregelten Variablen auf null verringert wird.
In Gleichung 4 ist zeta ein Parameter, welcher für die Berechnung in dem Systemparameterschätzer und in dem Ausführungsbeispiel erforderlich ist. Es ist wie in Fig. 1 gezeigt auf Grundlage des vorstehend erwähnten Beispiels auf m = 1, n = 1 und d = 3 gesetzt. e*(k) ist die Leistungsfunktion oder der Index, welcher den Fehler auswertet und Γ(k) ist die Verstärkungsmatrix, welche die adaptive (Konvergenz-) Geschwindigkeit des STR- Reglers bestimmt. Diese sind als Gleichungen 5 und 6 ausgedrückt.
Wobei:
0 < λ1(k) ≤ 1, 0 < λ2(k) < 2, Γ(0) > 0 Eg. 6
Auf Grundlage der Wahl von lambda 1 und lambda 2 in der Verstärkungsmatrix Γ(k) in Gleichung 6 wird ein Algorithmus ausgewählt. Beispielsweise führt lambda 1(k) = 1, lambda 2(k) = 0 zu dem Algorithmus konstanter Verstärkung (constant gain algorithm); lambda 1(k) = 1, lambda 2(k) = lambda (0 < lambda < 2) führt zu dem Algorithmus graduell abnehmender Verstärkung (gradually-decreasing-gain algorithm) (wenn lambda = 1, Methode der kleinsten Quadrate); lambda 1(k) = lambda 1 (0 < lambda 1 < 1) und lambda 2(k) = lambda 2 (0 < lambda 2 < lambda) führt zu dem Algorithmus variabler Verstärkung (variable-gain algorithm) (wenn lambda 2 = 1, Verfahren der gewichteten kleinsten Quadrate). Darüber hinaus führt die Verwendung von lambda 3, definiert in einer nicht gezeigten Weise, und das Festlegen von lambda 1/lambda 2 = rho zu einem Konstant-Verlauf- Algorithumus (constant-trace algorithm). Jeder der Algorithmen ist geeignet für eine zeitvariante Anlage, umfassend eine Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung, welche nachfolgend erläutert wird.
Das charakteristische Merkmal bei der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration liegt darin, dass der Sollwert in einem Rückkopplungssystem in den STR- Regler eingegeben wird. Gleichzeitig wird die Ausgangsmessung y(k) von der Anlage in den STR-Regler eingegeben und darauf basierend berechnet der STR-Regler den Rückkopplungskoeffizienten KSTR(k) in der Weise gemäß Gleichung 7.
Hier bedeutet d' die spezifische Verzögerungszeit d, wenn das Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD auf den gemessenen Wert KACT bezogen wird. Mit anderen Worten war KCMD(k - d') der Sollwert entsprechend dem gemessenen KACT zum Zeitpunkt um die Verzögerungszeit früher.
Der berechnete Rückkopplungskoeffizient wird mit der manipulierten Variablen multipliziert und das sich ergebende Produkt wird in die Anlage eingegeben.
Bei dieser Anordnung wirkt der Systemparameterschätzer dann, wenn irgendeine Störung in der Messung der geregelten Variablen gefunden wird, derart, dass die manipulierte Variable zu dem Sollwert konvergiert. Die Konvergenzgeschwindigkeit wird im Vergleich zu dem System gemäß dem Stand der Technik, wie es in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Hei 5(1993)-248286 und in einem bekannten PID- Regelungssystem gezeigt ist, stark erhöht. Darüber hinaus arbeitet der Systemparameterschätzer selbst dann, wenn eine Störung in die manipulierte Variable eingeht, derart, dass die manipulierte Variable zu dem Sollwert konvergiert, was die Wirkung gegenüber den Störungen verbessert.
Es ist festzuhalten, dass trotz der Tatsache, dass der Rückkopplungskoeffizient als Multiplikationsterm berechnet wird, er auch als ein Additionsterm berechnet werden kann.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Konfiguration von Fig. 1 bei einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung eines Verbrennungsmotors angewendet wird.
Zuerst wird mit Bezug auf Fig. 3 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Regelungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel als Ganzes beschrieben.
Bezugszeichen 10 bezeichnet in dieser Figur einen Vierzylinder- Verbrennungsmotor. Luft, welche durch einen Luftfilter 14, der am entfernten Ende eines Einlassweges 12 angebracht ist, eingezogen wird, wird dem ersten bis vierten Zylinder durch einen Saugtank (Kammer) 18 und einen Einlasskrümmer 20 zugeführt, während die Strömung dieser Luft durch ein Drosselventil 16 eingestellt wird. Ein Einspritzer 22 zum Einspritzen von Kraftstoff ist in der Nähe des Einlassventils (nicht gezeigt) von jedem Zylinder angebracht. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit dem Einlassluftstrom, sodass ein Luft/Kraftstoff-Gemisch gebildet wird, welches in den zugeordneten Zylinder eingeführt wird und durch eine Zündkerze (nicht gezeigt) gezündet wird. Die sich ergebende Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches treibt einen Kolben (nicht gezeigt) nach unten. Das bei der Verbrennung erzeugte Abgas wird durch ein Auslassventil (nicht gezeigt) in einen Auslasskrümmer 24 ausgestossen, von welchem es durch ein Auslassrohr 26 zu einem Dreiwegekatalysator 28 gelangt, wo es von giftigen Komponenten befreit wird, bevor es in die Atmosphäre ausgegeben wird.
Ein Kurbelwinkelsensor 34 zum Erfassen der Kolbenkurbelwinkel ist an einem Verteiler (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 10 vorgesehen. Ein Drosselpositionssensor 36 ist zum Erfassen des Grads der Öffnung θTH des Drosselventils 16 vorgesehen, und ein Krümmerabsolutdrucksensor 38 ist zum Erfassen des absoluten Drucks Pb der Einlassluft stromabwärts des Drosselventils 16 vorgesehen. Die stromaufwärtige Seite des Drosselventils 16 ist mit einem atmosphärischen Drucksensor 40 zum Erfassen des atmosphärischen (barometrischen) Drucks Pa, einem Einlassluft- Temperatursensor 42 zum Erfassen der Temperatur der Einlassluft und einem Hygrometer 44 zum Erfassen der Feuchtigkeit der Einlassluft versehen. Ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 46, welcher einen Sauerstoffkonzentrationssensor umfasst, ist in dem Abgassystem an einem Punkt stromabwärts des Abgaskrümmers 24 und stromaufwärts eines Dreiwegekatalysators 28 vorgesehen, wo dieser das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases erfasst. Die Ausgaben des Sensors 34 usw. werden an eine Regeleinheit 50 ausgegeben.
Details der Regeleinheit 50 sind in den Blockdiagramm nach Fig. 4 gezeigt. Der Ausgang des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 46 wird von dem Erfassungsschaltkreis 52 der Regeleinheit 50 aufgenommen, wo er einer geeigneten Linearisierungs-Verarbeitung unterzogen wird, so dass man ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis erhält, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es linear mit der Sauerstoffkonzentration des Abgases über einen weiten sich von der mageren Seite zu der fetten Seite erstreckenden Bereich schwankt. Die Ausgabe des Erfassungsschaltkreises 52 wird durch einen A/D (Analog/Digital)-Wandler 54 an einen Mikrocomputer ausgegeben, umfassend eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 56, einen ROM (Nur-Lese- Speicher) 58 und einen RAM (Schreib-Lese-Speicher) 60, und wird in dem RAM 60 gespeichert. Ähnlich werden die analogen Ausgaben des Drosselpositionssensors 36 usw. in den Mikrocomputer durch einen Pegelumsetzer 62, einen Multiplexer 64 und einen zweiten A/D-Wandler 66 eingegeben, wohingegen die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 34 durch einen Wellenformer 68 umgeformt wird und dessen Ausgangswert von einem Zähler 70 gezählt wird, wobei das Ergebnis der Zählung in den Mikrocomputer eingegeben wird. Nach Maßgabe der in dem ROM 58 gespeicherten Befehle berechnet die CPU 56 des Mikrocomputers einen Regelwert in der nachfolgend zu erläuternden Weise und treibt den Einspritzer 22 der einzelnen Zylinder über eine Treiberschaltung 72.
Bei der Konfiguration des in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels ist ein adaptiver Regler 1 mit einem STR-Regler vorgesehen, welcher derselbe ist wie im ersten Ausführungsbeispiel, wobei der Regler 1 den Sollwert und die manipulierte Variable eines Regelungssystems erhält und einen Rückkopplungskoeffizienten (den vorstehend erwähnten KSTR(k)) unter Verwendung der Rekursionsformel berechnet. In dem Ausführungsbeispiel ist der Sollwert ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches KCMD genannt wird. Um mit der manipulierten Variablen (Kraftstoffeinspritzmenge) als Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturkoeffizient zum Korrigieren derselben multipliziert zu werden, wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD hinsichtlich dem relativen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgedrückt, welches die Inverse des Äquivatenzverhältnisses ist.
Wie eben erwähnt, ist die manipulierte Variable eine Kraftstoffeinspritzmenge (Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim) und wird mit dem Rückkopplungskoeffizienten KSTR(k) und weiteren Korrekturkoeffizienten umfassend KCMD (wie nachfolgend erklärt wird) multipliziert, um einen abschließende Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen, welche Tout genannt wird. Die abschließende Kraftstoffeinspritzmenge Tout wird dem Motor zugeführt und der Sauerstoff in dem resultierenden Abgas wird durch den Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensor 46 bestimmt, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu bestimmen, welches KACT genannt wird. Der Systemparameterschätzer schätzt den Systemparameter derart, dass der gemessene Wert KACT gleich dem Sollwert KCMD wird.
Ähnlich zum ersten Ausführungsbeispiel wird die Verzögerungszeit d in der Konfiguration nach Fig. 2 derart festgelegt, dass diese dritter Ordnung ist. Mit anderen Worten kann das System eine Verzögerung von 3 Zyklen bewältigen. Da der "Zyklus" der Verbrennungszyklus des ersten bis vierten Zylinders ist und ein Zyklus bei einem Vierzylindermotor 4 TDCs entspricht, kann das System eine Verzögerung von 12 TDCs bewältigen.
Der Betrieb des Systems im zweiten Ausführungsbeispiel wird auf Grundtage von Vorstehendem mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Das Programm dieses Flussdiagramms wird an einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition aktiviert.
Das Programm beginnt bei Schritt S10, in welchem die Motordrehzahl Ne, der Krümmerabsolutdruck Pb und dgl. ausgelesen werden, und schreitet zu Schritt S12 vor, in welchem überprüft wird, ob sich der Motor dreht, und wenn dies nicht der Fall ist, zu Schritt S14, wo bestimmt wird, ob die Kraftstoffzuführung unterbrochen wurde. Wenn das Ergebnis der Bestimmung negativ ist, schreitet das Programm zu Schritt S16 vor, in welchem eine Grundkraftstoffeinspritzmenge Tim(k) (k: Zeit) durch Auslesen einer vorab vorbereiteten Karte unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und des Krümmerabsolutdrucks Pb als Adressdaten berechnet wird.
Das Programm schreitet dann zu Schritt S18 vor, wo überprüft wird, ob der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 16 aktiviert wurde, und wenn dies der Fall ist, zu Schritt S19, wo überprüft wird, ob der Motorbetrieb sich im Regelungsbereich befindet. Insbesondere dann, wenn der Motor mit einer hohen Geschwindigkeit läuft oder wenn eine Kraftstoffeinspritzmenge bei einer weit geöffneten Drossel etc. vergrößert wird, wird die Steuerung/Regelung in einem Offenschleifenbetrieb durchgeführt.
Wenn das Ergebnis von Schritt S19 positiv ist, schreitet das Programm zu Schritt S20 vor, wo die Sensorausgabe ausgelesen wird, zu Schritt S22, wo das vorstehend erwähnte Abgasluft/Kraftstoff-Verhältnis KACT(k) berechnet wird, zu Schritt S24, wo der Rückkopplungskoeffizient KSTR(k) berechnet wird, zu Schritt S26, wo die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim(k) mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturkoeffizienten KCMD (welcher identisch zu dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist) mit dem Rückkopplungskoeffizienten KSTR(k) und mit dem weiteren Koeffizienten KTOTAL (KTOTAL: die Summe des weiteren Korrekturkoeffizienten umfassend denjenigen für die Motorkühlmitteltemperatur Tw) multipliziert wird, um die abschließende Kraftstoffeinspritzmenge Tout(k) zu bestimmen, zu Schritt S28, wo die bestimmte abschließende Kraftstoffeinspritzmenge Tout(k) dem betroffenen Einspritzer 22 zugeführt wird.
Wenn sich andererseits in Schritt S12 herausstellt, dass eine Drehung vorliegt, dann schreitet das Programm zu Schritt S30 vor, wo eine Kraftstoffeinspritzmenge Ticr während des Drehens aus der Kühlmittelwassertemperatur Tw nach Maßgabe vorbestimmter Eigenschaften berechnet wird, zu Schritt S32, wo die abschließende Kraftstoffeinspritzmenge Tout auf Grundlage einer Startmodusgleichung (Erklärung hier weggelassen) berechnet wird. Wenn sich in Schritt S14 herausstellt, dass die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wurde, schreitet das Programm zu Schritt S34 vor, wo die abschließende Kraftstoffeinspritzmenge Tout auf null festgelegt wird. Wenn darüber hinaus die Entscheidung entweder in Schritt S18 oder in Schritt S29 negativ ist, springt das Programm zu Schritt S28, wo die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim(k) an den Einspritzer ausgegeben wird.
Mit dieser Anordnung werden das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD und die Ausgangsmessung (Abgasluft/Kraftstoff-Verhältnis KACT) in den STR- Regler eingegeben und dieser berechnet den Rückkopplungskoeffizienten in Antwort auf die Veränderung des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Als Ergebnis wird dann, wenn eine scharfe fette oder magere Spitze auftritt, diese unmittelbar beseitigt. Wenn in dem System aufgrund einer Behälter Tank)-Entleerung etc. eine Störung auftritt, dann konvergiert das Abgas- Luft/Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar zu dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, was die Emissionsleistung verbessert.
Darüber hinaus wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht häufig verändert, insbesondere dann, wenn der Sollwert das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, verbleibt dieser unverändert, sodass die Regelungsstabilität verbessert wird.
Es ist zu dem vorstehend Beschriebenen festzuhalten, dass der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor an einem Zusammenflusspunkt des Abgassystems installiert ist und dass die Steuerung auf Grundlage der Ausgabe des einzigen Sensors durchgeführt wird. Allerdings kann das System stattdessen auch derart ausgebildet sein, dass es eine Mehrzahl von Sensoren aufweist, welche in dem Abgassystem ähnlich der Anzahl der Zylinder angeordnet sind, so dass deren Ausgaben zum Messen der Luft/Kraftstoff- Verhältnisse an den einzelnen Zylindern verwendet werden können.
Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels und besitzt eine Korrektur der durch Tröpfchenablagerung beeinflussten Kraftstoffeinspritzmenge.
Fig. 7 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des Systems des dritten Ausführungsbeispiels zeigt.
Bevor in die Erläuterung eingestiegen wird, wird jedoch mit Bezug auf Fig. 8 die Kraftstofftröpfchen-Ablagerungskorrektur erläutert.
Fig. 8 zeigt die Konfiguration des Systems mit Kraftstofftröpfchen- Ablagerungskorrektur, welche von der Anmelderin bereits in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Hei 6(1994)-17680 vorgeschlagen wurde. In dem dargestellten bereits vorgeschlagenen System ist der STR-Regler mit dem Kraftstoffeinspritz-Berechnungssystem in Reihe geschaltet und der STR-Regler wirkt derart, dass die Soll-Kraftstoff-Einspritzmenge, welche in einen Zylinder einzuspritzen ist, gleich der Kraftstoffeinspritzmenge wird, welche gegenwärtig in den Zylinder eingespritzt wird. Der Systemparameterschätzer schätzt den Systemparameter aus dem Verhalten der aktuellen Kraftstoffeinspritzmenge, welche aus dem gemessenen Luft/Kraftstoff- Verhältnis berechnet wurde. Die Kraftstofftröpfchen-Ablagerungskorrektur weist Korrekturfaktoren A, B auf, welche vorab als Kartendaten vorbereitet wurden und welche anhand der Motorbetriebsparameter ausgelesen werden (wie beispielsweise die Motorkühlwassertemperatur Tw, der Krümmerabsolutdruck Pw, die Motordrrehzahl Ne usw.). Der STR-Regler erhält die geschätzten Systemparameter und kompensiert die Kraftstoffeinspritzmenge derart, dass die Differenz zwischen der aktuellen Ablagerung und der aus den Kartendaten berechneten verkleinert wird.
Die in Fig. 8 gezeigte Konfiguration wird auf die Annahme gestützt, dass die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge korrekt berechnet wurde. Wenn der Sollwert außerhalb des Sollwerts des Motors liegt, lässt deshalb der STR-Regler die aktuelle Kraftstoffeinspritzmenge auf die fehlerhaft bestimmte Soll- Kraftstoffeinspritzmenge zu konvergieren. Als Ergebnis driftet die aktuelle Kraftstoffeinspritzmenge von der Sollkraftstoffeinspritzmenge für den Motor ab, was zu Luft/Kraftstoff-Verhältnisspitzen führt. Da der Systemparameterschätzer nicht unterscheiden kann, ob die Spitzen aufgrund des Abdriftens des Korrekturfaktors oder aufgrund einer Störung auftreten, besitzt dieser den Nachteil, dass das System instabil wird oder divergiert. Deshalb ist es erforderlich, die Behälterentleerung genau zu berücksichtigen, welche die Soll-Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnung beeinflusst.
Das dritte Ausführungsbeispiel hat zum Ziel, dieses Problem zu lösen, und zu diesem Zweck wird dem STR-Regler das Luft/Kraftstoff-Verhältnis als Sollwert eingegeben und der STR-Regter ist derart ausgebildet, dass das gemessene Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnis wird. Mit dieser Anordnung erkennt der STR-Regler unabhängig davon, welche Spitze erzeugt wird (aufgrund der Abweichung von den als Karten festgehaltenen Korrekturfaktoren oder aufgrund einer Störung), lediglich die Spitze als eine Spitze und wirkt derart, dass das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis konvergiert. Mit dieser Anordnung wird das System frei von instabilen oder divergierenden Zuständen, falls der Fehler aufgrund der Störung nicht in der Soll- Kraftstoffeinspritzmenge mit hoher Genauigkeit berücksichtigt werden kann.
Der Betrieb des Systems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf das Flussdiagramm gemäß Fig. 7 erläutert.
Das Programm beginnt bei einem ersten Schritt und schreitet zu Schritt S28 in derselben Art und Weise vor wie beim ersten Ausführungsbeispiel und schreitet dann zu Schritt S280 vor, in welchem die Kraftstofftröpfchen- Ablagerungskorrektur der abschließenden Kraftstoffeinspritzmenge Tout(k) durchgeführt wird. Dies wird insbesondere durch Korrigieren der abschließenden Kraftstoffeinspritzmenge Tout(k) mit den Faktoren durchgeführt.
Nun ist die Eignung des dritten Ausführungsbeispiels durch eine Simulation zu verifizieren. Fig. 9 zeigt das in der Simulation verwendete System. Um die Leistungsfähigkeit gegenüber Störungen zu testen, werden Pseudo- Störungen 1, 2 und 3 vorbereitet, welche möglicherweise während eines gegenwärtigen Motorbetriebs auftreten. Es wird angenommen, dass die den Korrekturfaktoren A, B hinzuaddierten Störungen 1 und 2 Fehler zwischen den durch die Kartendaten korrigierten Werte und das aktuelle Motorverhalten (Anlage) aufbringen. Die Störung 3 wird zwischen der Kraftstofftröpfchen-Ablagerungskorrektur und der Anlage als eine Störung aufgrund einer Behälterentleerung oder einem Kartendaten-Fehler eingeführt. Der Korrekturfaktor A gibt ein Verhältnis der unmittelbar in einen Zylinder eingesaugten Menge im Vergleich zu der gesamten eingespritzten Menge an. Der Korrekturfaktor B gibt das wieder, was an dem Krümmerboden verbleibt (Kraftstofftröpfchenablagerung). Da dies in der vorstehend erwähnten früheren Anmeldung (6-17680) bestimmt wurde und darin nicht das Wesentliche der Erfindung liegt, wird keine weitere Erklärung gegeben.
Fig. 10 zeigt das Simulationsergebnis. Fig. 10 stellt das Ergebnis der Regelung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel (in Fig. 6 gezeigt) im Gegensatz zu der bereits vorgeschlagenen Regelung (in Fig. 8 gezeigt) dar. Wie aus der Figur ersichtlich ist, nehmen die Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Spitzen bei der Konfiguration des dritten Ausführungsbeispiels stark ab und die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse sind in einem vorbestimmten Bereich bei 1,0 deutlich konzentriert. Genauer gesagt verwendet das bereits früher vorgeschlagene System die Kraftstoffeinspritzmenge als Sollwert und deshalb driftet der Sollwert aufgrund einer Störung ab, wodurch die Regelungsleistungsfähigkeit herabgesetzt wird.
Andererseits verwendet die Konfiguration gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis als Sollwert, was in der Figur als "Rückkopplungs-STR" bezeichnet ist, wobei Störungen absorbiert werden und eine exzellente Regelungsleistungswirkung erreicht wird. Insbesondere dann, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis das stöchiometrische Verhältnis ist, wird die Regelungsstabilität weiter verbessert, da der Sollwert nicht häufig verändert wird. Dennoch ist das dritte Ausführungsbeispiel nicht dahingehend vorteilhaft, dass es den Fehler in den 1 h Karten festgehaltenen Korrekturfaktoren nicht direkt kompensieren kann. Aufgrund der Eigenschwingungsfreiheit (d. h. eine Konvergenz tritt innerhalb weniger Regelungszyklen auf, vorausgesetzt dass das geregelte Objekt unverändert bleibt) ist allerdings bei der Konfiguration gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sichergestellt, dass die Regelungswirkung verbessert ist, wie durch die Simulation überprüft. Tatsächlich kann dann, wenn Kartendaten verwendet werden, die Konfiguration gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die Kraftstofftransportverzögerung weitgehend kompensieren.
Fig. 11 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind die für die Berechnung des Systemparameters erforderlichen Zwischenwerte in ihren Änderungsbereichen begrenzt und das System kann einfacher auf einem Mikrocomputer geringer Leistungsfähigkeit mit einer kleinen Wortlänge implementiert werden.
Beim Durchführen der Berechnung des Systemparameters auf einem speziellen digitalen Computer müssen aufgrund der Tatsache, dass der digitale Computer eine besondere Wortlänge (Bit), wie beispielsweise 4, 8, 16 oder 32 Bits, besitzt, Variablen bei der Berechnung in einigen Fällen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eingegrenzt werden. In dem Fall, in welchem das letzte signifikante Bit (LSB) einer Variable mit einem kleinen Wert versehen ist, um die Berechnungsgenauigkeit zu verbessern, ist ein möglicher Maximalwert der Variablen dadurch auf ein bestimmtes Ausmaß begrenzt und deshalb wird der Änderungsbereich der Variablen automatisch eingeschränkt. Wenn der Systemparameterschätzer dazu ausgelegt ist, auf einem digitalen Computer realisiert zu werden, sind nicht alle Variablen für die Parameterberechnung frei von diesem Problem.
Es ist festzuhalten, dass die "Variable" oder eine "Zwischenvariable", wie sie in der Beschreibung bezeichnet ist, alle Variablen meint, welche abschließend (oder sogar vorübergehend) in dem adaptiven Regler berechnet werden, wie beispielsweise Γ(k), Γ(k - 1)zeta(k - d), Γ(k - 1)zeta(k - d)ΓT(k - 1), T(k - 1)(k - d), etc.
Wenn ein Element Γ&sub1;&sub1;(k) (erste Reihe, erste Spalte) der Verstärkungsmatrix als Repräsentant der Zwischenvariablen des Systemparametereinstellers gewählt wird, ist die Änderung der Variablen relativ groß und kann manchmal von 4 · 10&sup7; bis 8 · 10&sup8; reichen. Bei einer Integerberechnung ist es schwierig für einen Mikrocomputer mit einer kleinen Bitbreite, wie beispielsweise 16 Bit, einen derartig großen Wert zu behandeln. Andererseits sollten zur Vermeidung des Auftretens eines Überlaufs und zur Verbesserung der Regelungsgenauigkeit die Variablen samt den Zwischenvariablen kleinere LSBs aufweisen.
Als Ergebnis ist es ziemlich schwierig, die vorstehend genannte adaptive Regelung auf einem Computer geringer Leistung, beispielsweise mit einer 16 Bit-Länge zu realisieren. Da die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung ein relativ kurzes Abtastintervall erfordert, wird insbesondere diese Schwierigkeit verstärkt.
Wie aus Gleichung 6 ersichtlich, wird hier der Bereich, innerhalb welchem sich die Zwischenwerte möglicherweise verändern können, durch die Eingabe von zeta (k) zu dem Systemparametereinsteller bestimmt. Deshalb ist das vierte Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass zur Beschränkung des Bereichs der Veränderung der Zwischenwerte der Wert zeta (k) mit einem Koeffizient multipliziert wird, welcher sich von 1 unterscheidet (der Koeffizient wird nachfolgend als "C1" bezeichnet), und das Produkt wird dann in den Systemparameterschätzer eingegeben.
Genauer gesagt ist der Wert Γ(k) umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Koeffizienten C1, wie aus Gleichung 6 abgeleitet werden kann. Andererseits wird der Systemparameter (k) (die Ausgabe des Systemparameterschätzers) allein durch die geregelte Anlage bestimmt. Deshalb ist es in der Theorie offensichtlich, dass selbst dann, wenn die Werte zeta (k) und y(k) mit Koeffizienten C1 multipliziert werden, die dem Regler zugeführte Ausgabe unverändert bleibt. Dies ist in Fig. 11 dargestellt.
Im vierten Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass der Zwischenwert umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Wertes ist, welcher in den Systemparameterschätzer eingegeben wurde, und das vierte Ausführungsbeispiel ist derart ausgebildet, dass der Zwischenwert durch Anwachsen des eingegebenen Werts verkleinert wird. Mit dieser Anordnung wird es dann, wenn das LSB mit einem kleinen Wert versehen ist, um eine gewünschte Genauigkeit bei der Regelung zu erhalten, möglich, den Bereich der Änderung der Zwischenwerte zu beschränken, ohne die Bitlänge zu vergrößern, um kein Überlaufen zu erzeugen. Somit wird es möglich, die Berechnung auf einem weniger kostenintensiven Mikrocomputer mit kleinerer Bitlänge auszuführen, wie beispielsweise 16 Bits. Da es möglich wird, aufgrund der kleinen Bitlänge bei einer höheren Geschwindigkeit zu rechnen, kann ferner die vorgestellte Konfiguration eine Regelung bewältigen, welche eine kurze Abtastperiode besitzt.
Darüber hinaus ist es aus der Theorie offensichtlich, dass die Multiplikation eines Koeffizienten mit der Eingabe zu dem Systemparametereinsteller nicht die Regelungswirkung beeinflusst.
Ferner stützt sich Vorstehendes auf den Algorithmus der variablen Verstärkung oder den Algorithmus der graduell abnehmenden Verstärkung. Bei dem Konstant-Verstärkungsalgorithmus oder bei dem Constant-TraceAlgorithmus ist Γ(k) konstant und weist einen kleineren Änderungsbereich auf. Allerdings ist es hinsichtlich der sich von Γ(k) unterscheidenden Zwischenvariablen, wie beispielsweise Γ(k - 1)zeta(k - d), T(k - 1)zeta(k - d) usw., alternativ möglich, einen Koeffizienten zu zeta(k - d) hinzu zu multiplizieren, um deren Änderungsbereiche zu verändern.
Als Nächstes wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm ähnlich Fig. 11, welches jedoch das fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
In dem fünften Ausführungsbeispiel wird die Eingabe r(k), welche dem STR- Regler zuzuführen ist, mit dem Koeffizienten C1 multipliziert, um r'(k) zu erhalten, und der Wert r'(k) wird in den Regler eingegeben. Dann wird die Ausgabe u'(k) des Reglers durch den Koeffizienten C1 geteilt, um den Wert u(k) zu erhalten, welcher in die Anlage eingegeben wird. Ferner wird die Ausgabe y(k) mit dem Koeffizienten C1 multipliziert, um y'(k) zu erhalten, und der Wert y'(k) wird in den Systemparameterschätzer eingegeben.
Hier ist der Wert y'(k) das Produkt aus y(k) und C1, wie gerade erwähnt, und die Ausgabe u'(k) des Reglers wird C1 mal größer als u(k) im vierten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 11 dargestellt ist. Folglich werden die Werte zeta (k) und y'(k) dieselben Werte wie diejenigen, welche in Fig. 12 gezeigt sind. Da der Wert u(k), welcher in die Anlage eingegeben wurde, mit dem Wert 1/C1 multipliziert wurde, wird auf ähnliche Weise der Wert derselbe wie der in Fig. 12 gezeigte. Somit besitzt die in Fig. 12 dargestellte Konfiguration dieselbe Wirkung wie die in Fig. 11 dargestellte.
Es ist festzuhalten, dass die Modifikation des vierten Ausführungsbeispiels nicht auf das fünfte Ausführungsbeispiel beschränkt ist und dass viele Modifikationen möglich sind. Es ist entscheidend, dass lediglich das in den Systemparameterschätzer Eingegebene mit dem Koeffizient multipliziert werden sollte, während der in die Anlage einzugebende Wert so beibehalten wird, wie er ursprünglich ist.
Nachfolgend wird ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration des sechsten Ausführungsbeispiels zeigt und Fig. 14 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb der Konfiguration des sechsten Ausführungsbeispiels zeigt.
Da es sich herausgestellt hat, dass es bei dem Vorangehend beschriebenen möglich ist, die Zwischenwerte, wie beispielsweise Γ(k) zu verkleinern, wird dem LSB einer jeden Variablen dann ein Wert derart zugeordnet, dass kein Überlaufen auftritt, selbst wenn eine 16-Bit-Integer-Berechnung durchgeführt wird. Dies wurde durch eine Simulation verifiziert. Aus dem Ergebnis der Simulation hat sich allerdings herausgestellt, dass die Leistungsfähigkeit der Regelung abnimmt. Dies liegt daran, dass, egal welche der in Fig. 11 oder 12 dargestellten Konfigurationen angenommen wird, um den Maximalwert des Zwischenwerts zu beschränken, der letzte Wert ebenfalls verkleinert wird, was es unmöglich macht, einen hinreichend kleinen Wert dem LSB zuzuordnen. Dadurch wird die Regelungswirkung verschlechtert.
Bei dem Konstant-Verstärkungs-Algorithmus oder Constant-Trace- Algorithmus ist dies kein ernsthaftes Problem, da die Verstärkungsmatrix Γ(k) entweder konstant ist oder einen kleinen Änderungsbereich aufweist. Bei dem Algorithmus mit graduell abnehmender Verstärkung oder bei dem Algorithmus mit variabler Verstärkung kann es gelegentlich unmöglich werden, den Maximal/Minimal-Wert von Γ(k) in Abhängigkeit von dem Änderungsverhältnis oder Maximal/Minimal-Wert von r(k) zu verkleinern, da Γ(k) umgekehrt proportional zum Quadrat von zeta (k) ist. Als Ergebnis kann selbst dann, wenn dem LSB ein kleiner Wert zugeordnet ist, ein Überlaufen auftreten, wenn die Bitlänge auf ein bestimmtes Ausmaß begrenzt ist.
Es ist möglich, den Wert Γ(k) einem Begrenzer zu unterziehen, um diesen auf einen bestimmten Grenzwert zu beschränken. Allerdings würde in diesem Fall der Wert (k) eher divergieren als konvergieren.
Das sechste Ausführungsbeispiel hat zum Ziel, dieses Problem zu lösen und zu diesem Zweck ist es derart ausgebildet, dass der Bereich von Γ(k) weiter beschränkt ist. Dies wird mit Bezug auf das Flussdiagramm nach Fig. 14 erläutert, wobei das Programm bei S100 beginnt, in welchem der Wert Γ(k) gemäß Gleichung 6 berechnet wird. Das Programm schreitet dann zu S102 vor, in welchem ein Element der Verstärkungsmatrix Γij(k) mit einem Grenzwert verglichen wird. Wenn dieses kleiner als der Grenzwert ist, schreitet das Programm zu S104 vor, wo der berechnete Wert so gelassen wird, wie er ist. Wenn sich herausstellt, dass der Wert nicht kleiner als der Grenzwert ist, schreitet das Programm zu S106 vor, wo der Wert Γij(k) durch einen rückzusetzenden Wert (wie beispielsweise seinen Anfangswert) ersetzt wird. Es ist einfach zu verstehen, dass das Rücksetzen auf den Anfangswert aufgrund der Tatsache eine Abweichung verhindert, dass der Konstant-Verstärkungs-Algorithmus nicht divergiert; es tritt auch keine Verstärkung bei dem Algorithmus mit graduell abnehmender Verstärkung oder dem Algorithmus mit variabler Verstärkung auf, wenn Γ(k) von dem Anfangswert zu Beginn an ausgeht.
Da das sechste Ausführungsbeispiel derart ausgebildet ist, muss dann, wenn dem LSB ein kleiner Wert zugeordnet ist, die Bitlänge nicht vergrößert werden, um die Regelungsgenauigkeit beizubehalten, und deshalb ist der Bereich der Änderung der Zwischenvariablen stärker eingeschränkt, sodass kein Überlaufen eintritt. Es wird somit möglich, die adaptive Regelung unter Verwendung einer kurzen Abtastperiode auf einem weniger kostenintensiven Mikrocomputer mit geringerer Bitlänge unter Verwendung des Algorithmus mit graduell abnehmender Verstärkung oder des Algorithmus mit variabler Verstärkung durchzuführen. Obwohl lediglich die Matrix Γ(k) als Repräsentative für die Zwischenwerte ausgewählt wird, ist es überflüssig zu sagen, dass diese auch auf andere Variablen angewendet werden kann.
Fig. 15 ist ein Flussdiagramm ähnlich Fig. 14, welches jedoch ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird das Element der Matrix Γ&sub1;&sub1;(k) bei jedem vorbestimmten Regelungszyklus automatisch auf den Rücksetzwert (den Anfangswert) zurückgesetzt, beispielsweise bei jedem 3., unabhängig davon, ob er tatsächlich den Grenzwert überschreitet, wie in den Schritten S200 bis S206 gezeigt. Es ist festzuhalten, dass der vorbestimmte Wert irgendein Wert sein kann, welcher nicht kleiner als 2 ist. Es ist ferner festzuhalten, dass der vorbestimmte Wert in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Anlage variiert werden kann, mit Ausnahme einer Varianz zu jedem Zyklus (da dies äquivalent zu dem Algorithmus mit konstanter Verstärkung sein würde).
Fig. 16 ist ein Flussdiagramm ähnlich dem aus Fig. 14, welches jedoch ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Bei dem achten Ausführungsbeispiel wird der Wert Γ&sub1;&sub1;(k) auf den Rücksetzwert (den Anfangswert) zurückgesetzt, wenn der Wert Γ&sub1;&sub1;(k) gleich dem oder größer als der Grenzwert (in diesem Ausführungsbeispiel 80) wird, oder wenn die Anzahl der Regelungszyklen den vorbestimmten Wert (in diesem Ausführungsbeispiel 7) erreicht, wie in den Schritten S300 bis S308 offenbart. Die Wirkung des achten Ausführungsbeispiels ist dieselbe wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen.
Bei den vorangehend beschriebenen vierten bis achten Ausführungsbeispielen können das vierte (oder das fünfte) Ausführungsbeispiel und das sechste (oder das siebte oder das achte) Ausführungsbeispiel unabhängig voneinander verwendet werden. Es ist alternativ möglich, nachdem der Bereich der Änderungen der Zwischenwerte unter Verwendung des vierten (oder des fünften) Ausführungsbeispiels beschränkt wurde, den Bereich unter Verwendung des sechsten (oder des siebten oder achten) Ausführungsbeispiels weiter zu beschränken.
In dem sechsten und achten Ausführungsbeispiel ist es alternativ möglich, obgleich der Wert Γij(k) auf den Rücksetzwert (den Anfangswert) zurückgesetzt ist, wenn er gleich dem oder größer als der Grenzwert wird, einen Wert Γpq(k) (wobei i ≠ p oder j ≠ q) auf den Rücksetzwert (den Anfangswert) zurückzusetzen, wenn der Wert Γij(k) gleich dem oder größer als der Grenzwert ist. Es ist ferner möglich, nicht nur ein Element, sondern auch zwei oder mehr Elemente des Werts Γ(k) zurückzusetzen, wenn der Wert Γij(k) gleich dem oder größer als der Grenzwert wird. Ferner ist es alternativ möglich, die Grenzwerte für die separaten Elemente des Wertes festzulegen.
In dem sechsten Ausführungsbeispiel usw. ist es, obwohl der Wert auf den Anfangswert zurückgesetzt wurde, alternativ möglich, diesen auf einen geeigneten Wert zurückzusetzen, welcher sich von dem Anfangswert unterscheidet.
In den vorangehenden ersten bis achten Ausführungsbeispielen kann dasselbe auch auf MRACS angewandt werden, obwohl die Erfindung mit Bezug auf STR beschrieben wurde.

Claims

1. System zum Regeln einer Anlage, umfassend:

ein Geregelte-Variable-Bestimmungsmittel zum Messen einer Ausgabe der Anlage, um eine geregelte Variable zu bestimmen;

ein Manipulierte-Variable-Bestimmungsmittel zum Bestimmen einer manipulierten Variablen, welche der Anlage zuzuführen ist;

einen adaptiven Regler mit einem Systemparameterschätzer, welcher einen Systemparameter derart schätzt, dass ein Fehler zwischen der geregelten Variablen und einem Sollwert abnimmt, wobei der adaptive Regler einen Rückkopplungskoeffizienten zumindest unter Verwendung des Systemparameters berechnet; und

ein Korrekturmittel zum Korrigieren der manipulierten Variablen durch den Rückkopplungskoeffizienten.

2. System nach Anspruch 1, wobei der adaptive Regler die geregelte Variable und den Sollwert erhält und den Rückkopplungskoeffizienten berechnet.

3. System zum Regeln eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, umfassend:

ein Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungssystem, welches eine einem Motor zuzuführende Kraftstoffeinspritzmenge berechnet;

ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem von dem Motor erzeugten Abgas;

ein adaptiver Regler mit einem Systemparameterschätzer, welcher einen Systemparameter derart schätzt, dass ein Fehler zwischen der geregelten Variablen und einem Sollwert abnimmt, wobei der adaptive Regler einen Rückkopplungskoeffizienten zumindest unter Verwendung des Systemparameters berechnet; und

ein Korrekturmittel zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge durch den Rückkopplungskoeffizienten.

4. System nach Anspruch 3, wobei der adaptive Regler außerhalb des Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungssystems angeordnet ist.

5. System nach Anspruch 4, wobei der adaptive Regler das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis und den Sollwert erhält und den Rückkopplungskoeffizienten berechnet.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Systemparameterschätzer den Systemparameter auf Grundlage einer in einer Rekursionsformel ausgedrückten Vorschrift berechnet.

7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei der Systemparameterschätzer mit einem Begrenzer versehen ist, welcher eine zur Schätzung des Systemparameters erforderliche Variable auf einen vorbestimmten Wert begrenzt.

8. System nach Anspruch 7, wobei die Variable wenigstens ein Element einer Verstärkungsmatrix ist, welche zum Schätzen des Systemparameters erforderlich ist.

9. System nach Anspruch 8, wobei der Begrenzer das wenigstens eine Element der Verstärkungsmatrix auf einen vorbestimmten Wert zurücksetzt, wenn das wenigstens eine Element einen Grenzwert überschreitet.

10. System nach Anspruch 8, wobei der Begrenzer das wenigstens eine Element der Verstärkungsmatrix oder einen vergangenen Wert desselben durch einen vorbestimmten Wert ersetzt, wenn das wenigstens eine Element der Verstärkungsmatrix oder der vergangene Wert desselben nicht kleiner als ein Grenzwert wird.

11. System nach Anspruch 8, wobei der Begrenzer das wenigstens eine Element der Verstärkungsmatrix zu jedem vorbestimmten Kontrollzyklus auf einen vergangenen Wert desselben setzt.

12. System nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Eingabe zu dem Systemparameterschätzer mit einem Koeffizienten multipliziert wird, welcher sich von 1 unterscheidet.

13. System nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei alle Eingaben zu dem Systemparameterschätzer mit demselben Koeffizienten multipliziert werden, welcher sich von 1 unterscheidet.

14. System nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Eingabe zu dem adaptiven Regler und eine Ausgabe von der Anlage, welche in den Systemparameterschätzer einzugeben sind, mit einem Koeffizienten multipliziert werden, welcher sich von 1 unterscheidet, wobei eine Eingabe in die Anlage mit dem reziproken Wert des Koeffizienten multipliziert wird.

15. System nach Anspruch 14, wobei die Eingabe zu dem adaptiven Regler und die Ausgabe von der Anlage mit demselben Koeffizienten multipliziert werden.