DE69828675T2 - Anlagesteuersystem - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anlagen-Steuer-/Regelsystem.
  • Vom Standpunkt des Umweltschutzes aus ist es erstrebenswert, dass Systeme zum Reinigen eines Abgases, welches von Verbrennungsmotoren an Automobilen zum Beispiel mit einem Katalysator, wie beispielsweise einem Drei-Wege-Katalysator emittiert wird, und zum Ausleiten eines gereinigten Abgases das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines von einem Verbrennungsmotor emittierten und in den Katalysator eingeleiteten Abgases zu einem geeigneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis steuern/regeln, das es dem Katalysator ermöglicht, eine bessere Abgasreinigungs-Leistungsfähigkeit aufzuweisen.
  • Ein herkömmliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelsystem in Kombination mit einem Verbrennungsmotor ist in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 5-321721 offenbart, welche dem US Patent Nr. 5,426,935 (EP-A-0 571 182) entspricht.
  • Das offenbarte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelsystem weist einen Abgassensor (O2-Sensor) auf, welcher stromabwärts eines Katalysators angeordnet ist zum Erfassen der in einem Abgas, welches den Katalysator passiert hat, enthaltenen Sauerstoffkonzentration. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelsystem bestimmt ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Abgas stromaufwärts des Katalysators gemäß einem PID („proportional plus integral plus derivative", Proportionalwert plus Integral plus Ableitung) Steuer-/Regelverfahren, derart, dass die vom Abgassensor erfasste Sauerstoffkonzentration einen vorbestimmten Zielwert hat. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelsystem steuert/regelt dann den Verbrennungsmotor entsprechend dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um dadurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator eingeleiteten Abgases (das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vom Verbrennungsmotor zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemisches) innerhalb eines gegebenen Bereichs oder Fensters zu platzieren, was es dem Katalysator ermöglicht, eine gute Reinigungsleistungsfähigkeit aufzuweisen.
  • Bei dem obigen herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelsystem kann das Abgassystem einschließlich des Katalysators, welches von einer Position stromaufwärts des Katalysators bis zu einer Position stromabwärts des Katalysators reicht, als eine Anlage zum Erzeugen und Emittieren eines Abgases angesehen werden, welches eine vom Abgassensor erfasste Sauerstoffkonzentration aufweist, aus einem Abgas, das ein bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufweist. Der Verbrennungsmotor kann als ein Betätiger zum Erzeugen und Emittieren eines Abgases angesehen werden, welches ein der Anlage zuzuführendes Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufweist. Daher kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelsystem als ein System zum Bestimmen einer Zieleingabe der Anlage (verallgemeinert, einer verarbeiteten Variablen, welche eine Eingabe der Anlage definiert) ausgedrückt werden, derart, dass eine Ausgabe des Abgassensors (eine Sauerstoffkonzentration des Abgases) als eine Ausgabe der Anlage an einen gegebenen Zielwert angeglichen wird, und als ein System zum Steuern/Regeln einer Ausgabe des Verbrennungsmotors (= einer Eingabe der Anlage) als dem Betätiger entsprechend der Zieleingabe.
  • Als ein Ergebnis verschiedener von den Erfindern durchgeführter Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass es, um den Katalysator bei seiner maximalen Wirksamkeit zum Reinigen des Abgases, unabhängig von seiner Alterung, zu halten, notwendig ist, die Konzentration eines bestimmten Bestandteils, z. B. die Sauerstoffkonzentration, des Abgases stromabwärts des Katalysators mit hoher Genauigkeit auf einen vorbestimmten Zielwert einzustellen. Bei dem obigen herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelsystem, welches auf dem PID-Steuer-/Regelverfahren basiert, ist es wegen Störungen und einer Totzeit, welche im Abgassystem des Ver brennungsmotors auftritt, schwierig, die Sauerstoffkonzentration des Abgases, welches den Katalysator passiert hat, mit hoher Genauigkeit auf einen gegebenen Zielwert einzustellen.
  • Die Erfinder haben ein Steuer-/Regelsystem zum Steuern/Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Abgases, welches in einen Katalysator eingeleitet wird, entwickelt, um die Ausgabe eines Abgassensors, welcher stromabwärts des Katalysators angeordnet ist, an einen vorbestimmten Zielwert anzugleichen, basierend auf einem kontinuierlichen System (insbesondere einem in der Zeit kontinuierlichen System) für ein Abgassystem umfassend den Katalysator und von einer Position stromaufwärts des Katalysators bis zu einer Position stromabwärts des Katalysators (siehe zum Beispiel US-Patentanmeldung Nr. 08/833,091 (japanische Patentveröffentlichungsschrift Nr. 9-324681) und US Patentanmeldung Nr. 08/835,192 (japanische Patentveröffentlichungsschrift Nr. 9-273438)).
  • Basierend auf dem obigen kontinuierlichen Systemmodell ist es möglich, den Effekt der im Abgassystem vorhandenen Totzeit zu kompensieren (eliminieren) und ein Steuer-/Regelsystem zu konstruieren, welches ein Steuer-/Regelverfahren verwendet, z. B. ein Sliding-mode Verfahren, um die Störungs-Steuerungs-/Regelungsstabilität gegenüber einem PID-Steuer-/Regelverfahren zu erhöhen, und daher die Genauigkeit und die Stabilität der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung/Regelung des Abgassystems zu erhöhen.
  • Gemäß dem obigen Steuer-/Regelsystem, wird ein Algorithmus für eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung/Regelung im kontinuierlichen Systemmodell konstruiert, da das Abgassystem, umfassend den Katalysator, als ein kontinuierliches System modelliert wird. Da allerdings ein Computer zum Ausführen des Algorithmus nur diskrete Zeiten verarbeiten kann, ist es aufwendig und zeitraubend, Abläufe mit dem Computer zu verarbeiten.
  • Weiterhin ist es, insofern das Abgassystem umfassend den Katalysator als ein kontinuierliches System modelliert wird, schwierig, Parameter einschließlich Verstärkungskoeffizienten des kontinuierlichen Systemmodells so festzulegen, dass sie an verschiedene Betriebszustände des Abgassystems angepasst sind, und daher das Abgassystem genau zu modellieren. Wenn ein Fehler zwischen dem Modell und dem tatsächlichen Abgassystem, d.h. ein Modellierfehler, zu groß ist, ist es schwierig, das Steuer-/Regelverfahren zum Abstimmen der Ausgabe des Abgassensors stromabwärts des Katalysators auf den gegebenen Zielwert durchzuführen.
  • Die obigen Nachteile sind nicht auf das obige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelsystem begrenzt, sondern können auch bei jedem beliebigen System angesprochen werden, bei dem, um eine Ausgabe einer Anlage bei einem vorbestimmten Zielwert zu steuern/regeln, die Anlage als ein kontinuierliches System modelliert wird. Andere Steuer-/Regelsysteme des Standes der Technik werden in der US-A-5479897 offenbart, gegenüber der Anspruch 1 abgegrenzt ist. Diese Druckschrift offenbart eine Steuer-/Regelvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, bei dem gegenwärtige und vergangene Werte einer Betriebsgröße und einer Steuer-/Regelgröße, welche einer Steuer-/Regeleingabe und einer Steuer-/Regelausgabe eines Motors entsprechen, als variable Zustandsgrößen verwendet werden, welche den internen Zustand des dynamischen Modells eines Motors repräsentieren. Die EP-A2-0582085 beschreibt ein Kraftstoffdosierungs-Steuer-/Regelsystem bei einem Motor, das eine adaptive Steuerung/Regelung verwendet und die Anlage der Anhaftung von Kraftstoff an einer Einlasskrümmerwand aufweist. K. Namjim et al. „Identification of a pulsed liquid-liquid extraction column" 8. IFAC/IFORS Symposium Band 12, 27. August 1988, S. 1165–1170, XP002102877, China, offenbart eine Anlage, bei der die komplexe Dynamik der Anlage durch ein lineares Diskretzeit-Modell modelliert wird.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Anlagen-Steuer-/Regelsystem bereitzustellen, welches durch einen einfachen Algorithmus gesteuert/geregelt wird, der geeignet ist, mittels Computerverarbeitung durchgeführt zu werden, um eine Eingabe einer Anlage zu steuern/regeln, so dass eine Ausgabe der Anlage an einen vorbestimmten Zielwert angeglichen wird, und welches ebenfalls die Ausgabe der Anlage bei dem vorbestimmten Zielwert stabil und mit hoher Genauigkeit steuern/regeln kann.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anlage bereitzustellen, welche ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors umfasst, welches von einer Position stromaufwärts eines Katalysators zum Reinigen eines Abgases des Verbrennungsmotors bis zu einer Position stromabwärts des Katalysators reicht, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den Katalysator eingeleiteten Abgases derart zu steuern/regeln, dass die Konzentration eines bestimmten Bestandteils des Abgases stromabwärts des Katalysators an einen vorbestimmten Zielwert angeglichen wird.
  • Um die obigen Aufgaben zu lösen wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Anlagen-Steuer-/Regelsystem bereitgestellt zum Steuern/Regeln einer Anlage, die als ein Diskretsystem-Modell modelliert ist, welches ein Element umfasst, das sich auf einen Ansprechverzug der Anlage bezieht, umfassend:
    einen Betätiger zum Erzeugen einer Eingabe in die Anlage;
    ein erstes Erfassungsmittel zum Erfassen einer Ausgabe aus der Anlage;
    ein zweites Erfassungsmittel zum Erfassen der Eingabe in die Anlage, welche vom Betätiger erzeugt ist;
    Identifikationsmittel zum Identifizieren von festzusetzenden Parametern des Diskretsystem-Modells, basierend auf Daten, welche eine Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentieren und auf Daten, welche eine Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels repräsentieren; und
    ein Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen zum Bestimmen einer verarbeiteten Variablen, welche die Eingabe in die Anlage bestimmt, um den Betrieb des Betätigers zu steuern/regeln, so dass die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels an einen vorbestimmten Zielwert angeglichen wird, gemäß einem vorbestimmten Algorithmus, welcher die Parameter des Diskretsystem-Modells verwendet, welche durch das Identifikationsmittel identifiziert sind. Die verarbeitete Variable, die von dem Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen bestimmt werden soll, umfasst eine Zieleingabe in die Anlage. Das Anlagen-Steuer-/Regelsystem umfasst ferner Rückkopplungs-Steuer-/Regelmittel für einen Rückkopplungs-Steuer-/Regelbetrieb des Betätigers, so dass die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels an die Zieleingaben angeglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen Mittel umfasst zum Bestimmen der verarbeiteten Variable aus den Daten, welche die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentieren, gemäß einem Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren.
  • Da das Identifikationsmittel zu bestimmende Parameter des Diskretsystem-Modells auf einer Echtzeitbasis identifizieren kann, basierend auf den Daten, die die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentieren, und den Daten, die die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels repräsentieren, kann das Diskretsystem-Modell ein sehr genaues Modell sein, das mit der tatsächlichen Anlage trotz Verhaltensänderungen und charakteristischen Änderungen der Anlage übereinstimmt. Wenn das Mittel zum Bestimmen der verarbeiteten Variable die verarbeitete Variable, welche die Eingabe der Anlage bestimmt, d.h. die Ausgabe des Betätigers, derart bestimmt, dass die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels an den Zielwert angeglichen wird, gemäß dem Algorithmus, welcher die identifizierten Parameter des Diskretsystem-Modells verwendet, stimmt die verarbeitete Variable mit der tatsächlichen Anlage überein, um es dadurch zu ermöglichen, dass die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert stabil und genau gesteuert/geregelt wird. Da der Algorithmus zum Bestimmen der verarbeiteten Variablen die Parameter des Diskretsystem-Modells verwendet, kann der Algorithmus als ein Diskretzeit-Algorithmus konstruiert werden, welcher sich dafür eignet, durch Computerverarbeitung durchgeführt zu werden.
  • Daher kann der Algorithmus zum Steuern/Regeln der Ausgabe der Anlage am vorbestimmten Zielwert ein einfaches Verfahren sein, das sich dafür eignet, durch Computerverarbeitung durchgeführt zu werden, und die Aus gabe des ersten Erfassungsmittels kann am Zielwert stabil und genau gesteuert/geregelt werden.
  • Insbesondere umfasst die Anlage ein System aus einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors, welches von einer Position stromaufwärts eines Katalysators im Abgassystem bis zu einer Position stromabwärts des Katalysators reicht, und wobei die Eingabe in die Anlage ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von vom Verbrennungsmotor als dem Betätiger erzeugten und in den Katalysator eingeleiteten Abgasen umfasst, und die Ausgabe aus der Anlage die Konzentration eines Bestandteils der Abgase, welche den Katalysator durchströmt haben, umfasst.
  • Die durch das Identifikationsmittel identifizierten Parameter umfassen vorzugsweise einen Verstärkungskoeffizienten des Elements, das sich auf einen Ansprechverzug der Anlage bezieht.
  • Die die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentierenden Daten umfassen vorzugsweise eine Differenz zwischen der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels und dem Zielwert, und die die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels repräsentierenden Daten umfassen vorzugsweise eine Differenz zwischen der Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels und einem vorbestimmten Referenzwert.
  • Es ist möglich, die Parameter des Diskretsystem-Modells direkt unter Verwendung der Ausgaben der ersten und zweiten Erfassungsmittel zu identifizieren.
  • Wenn in der Anlage eine relativ lange Totzeit auftritt, dann fungiert die Totzeit als ein Hindernis zur zuverlässigen Steuerung/Regelung der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert. Wenn insbesondere die Anlage ein System aus einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors umfasst, welches von einer Position stromaufwärts eines Katalysators im Abgassystem bis zu einer Position stromabwärts des Katalysators reicht, neigt die im System auftretende Totzeit dazu, relativ lang zu sein.
  • Das Diskretsystem-Modell umfasst ein Element, das sich auf eine Totzeit der Anlage bezieht, und das Anlagen-Steuer-/Regelsystem umfasst ferner:
    ein Schätzmittel zum Erzeugen von Daten, welche einen geschätzten Wert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels nach der Totzeit repräsentieren, basierend auf den die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentierenden Daten und den die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels repräsentierenden Daten im Diskretsystem-Modell;
    wobei das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen Mittel zum Bestimmen der verarbeiteten Variable umfasst, so dass der geschätzte Wert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels nach der Totzeit, welcher durch die vom Schätzmittel erzeugten Daten repräsentiert wird, an den Zielwert angeglichen wird.
  • Die Anlage wird als ein Diskretsystem-Modell modelliert, umfassend ein Element, das sich auf einen Ansprechverzug der Anlage bezieht und ein Element, das sich auf eine Totzeit der Anlage bezieht. Basierend auf dem Diskretsystem-Modell ist es möglich, Daten zu erzeugen, welche einen geschätzten Wert einer Ausgabe des ersten Erfassungsmittels nach der Totzeit repräsentieren, gemäß einem Algorithmus, welcher geeignet ist, durch Computerverarbeitung durchgeführt zu werden, von den Daten, welche die Ausgaben der ersten und zweiten Erfassungsmittel repräsentieren. Da die Parameter des Diskretsystem-Modells durch die Identifikationsmittel so identifiziert sind, dass sie mit der tatsächlichen Anlage übereinstimmen, können die den geschätzten Wert repräsentierenden Daten entsprechend in Abhängigkeit von der tatsächlichen Anlage geschätzt werden. Durch das Bestimmen der verarbeiteten Variable derart, dass der geschätzte Wert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels an den Zielwert angeglichen wird, kann die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert genau und stabil gesteuert/geregelt werden, während der Effekt der Totzeit eliminiert wird.
  • Wenn die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels durch das Schätzmittel mit Bezug auf das Diskretsystem-Modell, einschließlich des Elements, das sich auf die Totzeit bezieht, geschätzt ist, dann umfassen die vom Identifikationsmittel identifizierten Parameter vorzugsweise einen Verstärkungskoeffizienten des Elements, das sich auf den Ansprechverzug des Diskretsystem-Modells bezieht, und einen Verstärkungskoeffizienten des Elements, das sich auf die Totzeit bezieht.
  • Vorzugsweise umfassen die die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentierenden Daten eine Differenz zwischen der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels und dem Zielwert und die die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels repräsentierenden Daten umfassen eine Differenz zwischen der Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels und einem vorbestimmten Referenzwert, wobei die durch das Schätzmittel erzeugten Daten, welche den geschätzten Wert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels nach der Totzeit repräsentieren, eine Differenz zwischen dem geschätzten Wert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels und dem Zielwert umfassen. Mit diesen Daten kann die Datenverarbeitung des Schätzmittels, des Identifikationsmittels und des Diskretsystem-Modells einfach konstruiert werden. Da das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen die verarbeitete Variable derart bestimmen kann, dass die Differenz zwischen dem geschätzten Wert, welcher vom Schätzmittel erzeugt ist, der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels und dem Zielwert „0" ist, kann der Verarbeitungsschritt zum Bestimmen der verarbeiteten Variable einfach ausgeführt werden.
  • Es ist möglich, die Parameter des Diskretsystem-Modells zu identifizieren und den geschätzten Wert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels zu erzeugen oder die Differenz zwischen dem geschätzten Wert und dem Zielwert zu erzeugen, indem direkt die Ausgaben des ersten und zweiten Erfassungsmittels verwendet werden.
  • Das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen umfasst ein Mittel zum Bestimmen der verarbeiteten Variablen aus den Daten, welche die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentieren, gemäß einem Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren.
  • Das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen kann ferner ein Mittel umfassen zum Bestimmen der verarbeiteten Variable aus den Daten, welche den geschätzten Wert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels nach der Totzeit repräsentieren, gemäß einem Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren.
  • Das Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren ist ein Rückkopplungs-Steuer-/Regelverfahren mit variabler Struktur. Gemäß dem Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren wird eine Mehrzahl von Zustandsgrößen eines zu steuernden/regelnden Objekts auf eine Hyperebene konvergieren gelassen, welche durch eine lineare Funktion definiert ist, deren Variablen durch die Zustandsgrößen repräsentiert sind, und während die Zustandsgrößen auf die Hyperebene konvergieren gelassen werden, werden die Zustandsgrößen in Richtung auf einen Gleichgewichtspunkt (bei dem jede Zustandsgröße mit ihrem eigenen Zielwert übereinstimmt) auf der Hyperebene konvergieren gelassen. Das Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren kann die Zustandsgrößen sehr stabil in Richtung auf den Gleichgewichtspunkt auf der Hyperebene konvergieren lassen, ohne dass es von Störungen beeinflusst wird, sobald die Zustandsgrößen auf die Hyperebene konvergiert sind.
  • Bei der gemäß dem Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren bestimmten verarbeiteten Ausgabe kann die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels sehr stabil am Zielwert gesteuert/geregelt werden.
  • Die Zustandsgrößen zur Definition der Hyperebene für das Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren können eine Mehrzahl von Zeitreihendaten der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels oder dessen geschätzter Wert nach der Totzeit sein.
  • Das Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren wird angewandt, um die verarbeitete Variable zu bestimmen. Das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen kann ein Mittel zum Bestimmen der verarbeiteten Variable gemäß einem adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren umfasst, welches den Effekt einer Störung oder eines Modellierfehlers berücksichtigt.
  • Das allgemeine Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren umfasst eine Annäherungs-Kontrollregel zum Konvergieren lassen von zu steuernden/regelnden Zustandsgrößen auf eine Hyperebene und eine Kontrollregel (sogenannte äquivalente Steuerungs-/Regelungseingabe) zum Konvergieren lassen der Zustandsgrößen in Richtung auf einen Gleichgewichtspunkt auf der Hyperebene, während die Zustandsgrößen auf die Hyperebene konvergieren gelassen werden. Wenn eine Störung oder ein Modellierfehler eines durch das Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren zu steuernden/regelnden Objekts auftritt, ist es oftmals schwierig, die Zustandsgrößen nur mit der Annäherungs-Kontrollregel auf die Hyperebene zu konvergieren zu lassen. Gemäß dem adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren wird zusätzliche eine adaptive Kontrollregel angewandt, um eine Störung oder einen Modellierfehler beim Konvergieren lassen der Zustandsgrößen auf die Hyperebene auszugleichen. Das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren ermöglicht es, die zu steuernden/regelnden Zustandsgrößen stabil auf die Hyperebene zu konvergieren zu lassen, während der Effekt von Störungen mit der Annäherungs-Konrollregel und der adaptiven Kontrollregel minimiert wird.
  • Wenn die verarbeitete Variable gemäß dem adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren bestimmt ist, kann die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels stabil am Zielwert gesteuert/geregelt werden, während der Effekt von Störungen minimiert wird.
  • Die durch das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen zu bestimmende verarbeitete Variable umfasst eine Zieleingabe der Anlage, und das Anlagen-Steuer-/Regelsystem umfasst ferner Rückkopplungs-Steuer-/Regelmittel zum Rückkopplungs-Steuer-/Regelbetrieb des Betätigers derart, dass die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels an die Zieleingabe angeglichen wird.
  • Da die durch das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen zu bestimmende verarbeitete Variable eine Zieleingabe der Anlage umfasst (eine Zielausgabe des Betätigers), und das Anlagen-Steuer-/Regelsystem den Betrieb des Betätigers mit Rückkopplung steuert/regelt, so dass die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels an eine Zieleingabe angeglichen wird, kann die Eingabe der Anlage genau bei der Zieleingabe gesteuert/geregelt werden, welche durch das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen bestimmt ist, so dass die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels an den Zielwert angeglichen wird.
  • Die verarbeitete Variable ist die Zieleingabe der Anlage. Es ist möglich, den Betrag des Betätigerbetriebs auf eine vorwärts koppelnde Art und Weise aus der Zieleingabe, d. h. der Zielausgabe des Betätigers, zu steuern/regeln.
  • Wenn das Anlagen-Steuer-/Regelsystem das Rückkopplungs-Steuer-/Regelmittel aufweist, umfasst das Rückkopplungs-Steuer-/Regelmittel vorzugsweise eine rekursive Steuer-/Regeleinrichtung.
  • Die rekursive Steuer-/Regeleinrichtung umfasst eine adaptive Steuer-/Regeleinrichtung, eine Optimalwert-Reguliereinrichtung, usw.. Wenn die rekursive Steuer-/Regeleinrichtung den Betrieb des Betätigers mit Rückkopplung steuert/regelt, so dass die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels an die Zieleingabe angeglichen wird, kann die Eingabe der Anlage bei der Zieleingabe gesteuert/geregelt werden, während dynamischen Änderungen, umfassend Änderungen im Betrieb des Betätigers und zeitabhängigen Eigenschaftsänderungen davon, genau gefolgt wird. Die Leistungsfähigkeit, mit der die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels dem Zielwert folgen kann, kann ebenfalls erhöht sein.
  • Die rekursive Steuer-/Regeleinrichtung bestimmt eine neue Rückkopplungs-Steuer-/Regelgröße gemäß einer vorbestimmten rekursiven Formel, welche eine gegebene Anzahl von vorhergehenden Zeitreihendaten der Rückkopplung-Steuer-/Regelgröße zum Betrieb des Betätigers umfasst, z. B. eine Korrekturgröße für den Betrag des zugeführten Kraftstoffs, wenn der Betätiger einen Verbrennungsmotor umfasst.
  • Die rekursive Steuer-/Regeleinrichtung umfasst vorzugsweise eine adaptive Steuer-/Regeleinrichtung.
  • Wenn die verarbeitete Variable zum Steuern/Regeln der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert die Parameter des Diskretsystem-Modells verwendet, die durch das Identifikationsmittel identifiziert sind, sollen vorzugsweise die Frequenzcharakteristiken der Verstärkung einer Änderung der Ausgabe der tatsächlichen Anlage bezogen auf eine Kette der Eingabe derselben dieselben Trends aufweisen wie die Frequenzcharakteristiken der Verstärkung einer Änderung der Ausgabe des Diskretsystem-Modells bezogen auf eine Kette in der Eingabe desselben.
  • Die Parameter können vom Identifikationsmittel unter Verwendung eines Algorithmus identifiziert werden, welcher die Parameter derart identifiziert, dass ein Fehler zwischen einem identifizierten Wert der Daten, die die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels im Diskretsystem-Modell repräsentieren, und den Daten, die die tatsächliche Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentieren, minimiert wird. Wenn die Parameter unter Verwendung eines derartigen Algorithmus identifiziert werden, wird den Verhaltensänderungen der Ausgaben der ersten und zweiten Erfassungsmittel oftmals in einem Frequenzbereich Bedeutung beigemessen, welcher sich von dem Frequenzbereich, in dem die Verstärkung der tatsächlichen Anlage relativ groß ist, unterscheidet. In diesem Fall sind die Frequenzcharaktenstiken der Verstärkung der tatsächlichen Anlage und die Frequenzcharakteristiken der Verstärkung des Diskretsystem-Modells nicht aufeinander abgestimmt, was es schwierig macht, die verarbeitete Variable zum Steuern/Regeln der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert passend zu bestimmen.
  • Insbesondere weist die tatsächliche Anlage oft einen Frequenzbereich hoher Verstärkung auf (welches im Allgemeinen ein niedriger Frequenzbereich ist), in welchem die Verstärkung einer Änderung der Ausgabe der tatsächlichen Anlage bezogen auf eine Kette in der Eingabe derselben relativ groß ist, und weist einen Frequenzbereich niedriger Verstärkung auf (welches im Allgemeinen ein höherer Frequenzbereich als der Frequenzbereich hoher Verstärkung ist), in welchem die Verstärkung relativ niedrig ist. Wenn die Anlage beispielsweise ein Abgassystem einschließlich eines Katalysators umfasst, dann ist die Verstärkung der Anlage im Allgemeinen relativ groß in einem niedrigen Frequenzbereich, und die Verstärkung ist in einem Frequenzbereich, welcher höher liegt als der niedrige Frequenzbereich, relativ niedrig. Wenn die Parameter des Diskretsystem-Modells der Anlage unter Verwendung eines Standard-Identifikationsalgorithmus identifiziert werden, dann wird den Verstärkungseigenschaften im Frequenzbereich niedriger Verstärkung des Diskretsystem-Modells der Anlage, deren Eigenschaften durch die identifizierten Parameter bestimmt werden, Bedeutung beigemessen, und die Verstärkung einer Änderung der Ausgabe des Diskretsystem-Modells bezogen auf eine Änderung der Eingabe desselben neigt dazu, bei allen Frequenzen kleiner zu sein als die Verstärkung einer Änderung der Ausgabe der tatsächlichen Anlage bezogen auf eine Änderung der Eingabe derselben. Ein derartiger Trend zeigt sich im Frequenzbereich hoher Verstärkung.
  • Wenn die Parameter des Diskretsystem-Modells der Anlage derart identifiziert sind, dann erkennt das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen, welches unter Verwendung der Parameter des Diskretsystem-Modells die verarbeitete Variable bestimmt (die verarbeitete Variable zur Eingabe in die Anlage), dass sich verglichen mit der Änderung der Eingabe der tatsächlichen Anlage eine größere Änderung der Eingabe entwickelt hat, wenn die Ausgabe der tatsächlichen Anlage (die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels) sich bezogen auf den Zielwert wegen einer Störungs-induzierten Änderung der Eingabe im Frequenzbereich hoher Verstärkung ändert. Das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen ändert dann die verarbeitete Variable übermäßig, um die Änderung der Eingabe auszugleichen, mit dem Ergebnis, dass das Verfahren zum Steuern/Regeln der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert instabil wird.
  • Im Hinblick auf die obigen Nachteile umfasst das Identifikationsmittel ein Mittel zum Identifizieren der Parameter gemäß einem Algorithmus, um einen Fehler zwischen einem identifizierten Wert der Daten, die eine Ausgabe des ersten Erfassungsmittels im Diskretsystem-Modell repräsentieren, und der Daten, die die tatsächlichen Daten des ersten Erfassungsmittels repräsentieren, zu minimieren, ferner umfassend ein Mittel zum Filtern des identifizierten Wertes der Daten, die die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels im Diskretsystem-Modell repräsentieren, und der Daten, die die tatsächlichen Daten des ersten Erfassungsmittels repräsentieren, mit vorbestimmten identischen Frequenzcharakteristiken, welche einen vorbestimmten gewichteten Frequenzbereich aufweisen, wenn das Identifikationsmittel den Fehler berechnet.
  • Wenn das Identifikationsmittel den Fehler berechnet, filtert es den identifizierten Wert der Daten, welche die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels im Diskretsystem-Modell repräsentieren, und der Daten, welche die tatsächlichen Daten des ersten Erfassungsmittels repräsentieren, mit vorbestimmten identischen Frequenzcharakteristiken, welche einen vorbestimmten gewichteten Frequenzbereich aufweisen. Daher kann der Fehler beim Identifizieren der Parameter bestimmt werden, indem dem Frequenzbereich, in dem die Verstärkung der tatsächlichen Anlage relativ groß ist, eine Bedeutung beigemessen wird. Indem die Parameter derart identifiziert werden, dass der Fehler minimiert wird, können die Frequenzcharakteristiken der Verstärkung der tatsächlichen Anlage und die Frequenzcharakteristiken der Verstärkung des Diskretsystem-Modells aufeinander abgestimmt werden. Indem die verarbeitete Variable unter Verwendung der identifizierten Parameter des Diskretsystem-Modells bestimmt wird, ist es möglich, die verarbeitete Variable so zu bestimmen, dass sie zum Steuern/Regeln der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert geeignet ist.
  • Das obige Filterverfahren kann schließlich auf den identifizierten Wert der Daten, die die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentieren, und auf die Daten, die die tatsächliche Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentieren, angewandt werden. Daher kann der Fehler gefiltert werden, oder der Fehler kann bestimmt werden, nachdem die die Ausgaben der ersten und zweiten Erfassungsmittel repräsentierenden Daten gefiltert worden sind, welche erforderlich sind, um den identifizierten Wert zu bestimmen.
  • Für das obige Filterverfahren sind die Frequenzcharakteristiken vorzugsweise so festgesetzt, dass Frequenzcharakteristiken einer Verstärkung des Diskretsystem-Modells und Frequenzcharakteristiken einer Verstärkung der Anlage im Wesentlichen identische Trends aufweisen, und die Verstärkung des Diskretsystem-Modells bei jeder Frequenz größer ist als die Verstärkung der Anlage bei jeder Frequenz.
  • Mit den derart festgesetzten Filter-Frequenzcharakteristiken ist eine Änderung der Ausgabe des Diskretsystem-Modells bezogen auf eine der Eingaben desselben bei jeder Frequenz größer als eine Änderung der Ausgabe der tatsächlichen Anlage, da die Parameter so identifiziert werden, dass die Verstärkung des Diskretsystem-Modells bei jeder Frequenz größer ist als die Verstärkung der tatsächlichen Anlage bei jeder Frequenz. Wenn demzufolge sich die Ausgabe der tatsächlichen Anlage bezogen auf den Zielwert wegen einer Störungs-induzierten Änderung der Eingabe ändert, erkennt das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen, welches die verarbeitete Variable unter Verwendung der Parameter des Diskretsystem-Modells bestimmt, dass sich eine kleinere Änderung der Eingabe entwickelt hat als die Änderung der Eingabe der tatsächlichen Anlage. Das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen bestimmt dann eine Änderung der verarbeiteten Variablen als eine im Ganzen kleine Änderung. Wenn daher die Ausgabe des Eingabenerfassungsmittels am Zielwert gesteuert/geregelt wird, wird verhindert, dass sich die Eingabe der Anlage übermäßig ändert, was zu einer stabilen Steuerung/Regelung der Ausgabe des Eingabenerfassungsmittels führt.
  • Alternativ können die Frequenzcharakteristiken derart festgesetzt werden, dass Frequenzcharakteristiken einer Verstärkung des Diskretsystem-Modells und Frequenzcharakteristiken einer Verstärkung der Anlage im Wesentlichen identische Trends aufweisen, und dass die Verstärkung des Diskretsystem-Modells in einem Frequenzbereich außerhalb des vorbestimmten gewichteten Frequenzbereichs bei jeder Frequenz größer ist als die Verstärkung der Anlage bei jeder Frequenz.
  • Bei dieser Anordnung sind die Frequenzcharakteristiken der Verstärkung des Diskretsystem-Modells im Frequenzbereich hoher Verstärkung, in welchem die Verstärkung der Anlage relativ groß ist, im Wesentlichen gleich wie die Frequenzcharakteristiken der Verstärkung der tatsächlichen Anlage, und im Frequenzbereich niedriger Verstärkung, in welchem die Verstärkung der Anlage relativ niedrig ist, ist es möglich, die Parameter des Diskretsystem-Modells derart zu identifizieren, dass die Verstärkung bei jeder Frequenz des Diskretsystem-Modells größer sein wird als die Verstärkung bei jeder Frequenz der tatsächlichen Anlage. Daher wird im Frequenzbereich hoher Verstärkung, welcher zum Steuern/Regeln der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert wichtig ist, die verarbeitete Variable so bestimmt, dass die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels gemäß den Eigenschaften der tatsächlichen Anlage schnell zum Zielwert zurückkehrt, wenn sich die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels bezogen auf den Zielwert ändert. Demzufolge kann die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert mit einer schnellen Folge-Leistungsfähigkeit, d. h. einem schnellen Ansprechverhalten, gesteuert/geregelt werden. Im Frequenzbereich niedriger Verstärkung kann die Steuer-/Regelstabilität erhöht werden, da wie oben beschrieben die verarbeitete Variable als eine relativ kleine verarbeitete Variable bestimmt wird.
  • Das Identifikationsmittel umfasst vorzugsweise ein Mittel zum Identifizieren der Parameter abhängig von einem speziellen Verhalten der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass es einen Verhaltenszustand der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels gibt, bei dem die Parameter des Diskretsystem-Modells identifiziert werden können, welche dazu geeignet sind, die verarbeitete Variable zu bestimmen, um die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert zu steuern/regeln. In anderen Verhaltenszuständen der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels können die Beträge der identifizierten Parameter zu klein sein, um sich dazu zu eignen, die verarbeitete Variable zu bestimmen.
  • Indem die Parameter abhängig von dem speziellen Verhalten der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels identifiziert werden, ist es möglich, die Parameter so zu identifizieren, dass sie zum Steuern/Regeln der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert geeignet sind.
  • Wenn die Anlage ein Abgassystem einschließlich eines Katalysators umfasst, und weiterhin wenn das erste Erfassungsmittel einen Sauerstoffkonzentrationssensor umfasst zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration im Abgas, welches den Katalysator passiert hat (zu diesem Zeitpunkt entspricht die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches den Katalysator passiert hat), dann ist das spezielle Verhalten vorzugsweise derart, dass sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase, welches durch die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentiert wird, von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert.
  • Das Identifikationsmittel kann ein Mittel umfassen zum Entscheiden, ob die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels das spezielle Verhalten aufweist, basierend auf einem Wert einer vorbestimmten Funktion, welche von einer Mehrzahl von gegenwärtigen und vorhergehenden Zeitreihendaten bestimmt wird, welche die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentieren.
  • Wenn bei dem obigen Anlagen-Steuer-/Regelsystem die Werte der durch das Identifikationsmittel identifizierten Parameter ungeeignet sind, kann die durch das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen bestimmte verarbeitete Variable ungeeignet zum Steuern/Regeln der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (der Ausgabe der Anlage) am Zielwert werden.
  • Selbst wenn die Parameter, welche zum Steuern/Regeln der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert durch das Identifikationsmittel identifiziert werden, nicht problematisch sind, kann die verarbeitete Variable, welche unter Verwendung der Parameter bestimmt wird, abhängig vom Wert der Parameter häufig fluktuieren oder bezogen auf die Zeit mit einer hohen Frequenz oszillieren. In diesem Fall fluktuiert der Betrieb des Betätigers auch häufig, da die verarbeitete Variable, die die Eingabe der Anlage bestimmt, häufig fluktuiert, obwohl kein Problem beim Steuern/Regeln der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert auftritt. Eine derartige Situation ist für einen stabilen Betrieb des Betätigers unerwünscht. Wenn die Anlage ein Abgassystem einschließlich eines Katalysators umfasst und der Betätiger zum Erzeugen der Eingabe der Anlage (des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Abgase, welche in den Katalysator eingeleitet werden) einen Verbrennungsmotor umfasst, dann sind die häufigen Fluktuationen der verarbeiteten Variablen, d. h. der verarbeiteten Variablen, welche das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, unerwünscht für einen stabilen Betrieb des Verbrennungsmotors.
  • Wenn das Schätzmittel vorgesehen ist, und das Schätzmittel gemäß einem vorbestimmten Schätzalgorithmus Daten erzeugt, welche einen geschätzten Wert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels nach der Totzeit repräsentieren, unter Verwendung der Daten, welche die Ausgaben der ersten und zweiten Erfassungsmittel repräsentieren, und einer Mehrzahl von Koeffizientenwerten, welche durch die durch das Identifikationsmittel identifizierten Parameter bestimmt sind, dann ist es wahrscheinlich, dass es von Kombinationen der Koeffizientenwerte beeinflusst wird, ob die verarbeitete Variable häufig fluktuiert.
  • Das Identifikationsmittel umfasst Mittel zum Begrenzen der vom Identifikationsmittel zu identifizierenden Parameterwerte auf Werte, welche vorbestimmte Bedingungen erfüllen.
  • Insbesondere wenn das Schätzmittel vorgesehen ist, und das Schätzmittel ein Mittel umfasst, um die Daten, die den geschätzten Wert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels nach der Totzeit repräsentieren, gemäß einem vorbestimmten Schätzalgorithmus zu erzeugen, unter Verwendung der Daten, die die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels repräsentieren, und der Daten, die die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels repräsentieren, und einer Mehrzahl von Koeffizientenwerten, welche durch Werte der durch das Identifikationsmittel zu identifizierenden Parameter bestimmt sind, dann umfasst das Identifikationsmittel ein Mittel zum Begrenzen der Parameterwerte auf Werte, welche vorbestimmte Bedingungen erfüllen, wobei die vorbestimmten Bedingungen derart festgesetzt sind, dass die durch die Parameterwerte bestimmten Koeffizientenwerte in einer vorbestimmten Kombination bereitgestellt werden.
  • Wenn die durch das Identifikationsmittel identifizierten Parameter auf die Werte begrenzt werden, welche vorbestimmte Bedingungen erfüllen, wird verhindert, dass die durch das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen bestimmte verarbeitete Variable ungeeignet zum Steuern/Regeln der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (der Ausgabe der Anlage) am Zielwert ist, oder dass sie häufig fluktuiert.
  • Die vorbestimmten Bedingungen können experimentell oder durch eine Simulation bestimmt sein.
  • Wenn es beim Begrenzen der Parameter mehrere durch das Identifikationsmittel zu identifizierende Parameter gibt, dann kann eine vorbestimmte Bedingung zum unabhängigen Begrenzen von jedem der Parameter, z. B. einen Bereich für den Wert jedes der Parameter, festgesetzt werden. Vorzugsweise umfasst allerdings die vorbestimmte Bedingung eine Bedingung zum Begrenzen von Wertekombinationen von Werten von wenigstens zwei der Parameter zu einer vorbestimmten Kombination.
  • Wenn es daher mehrere Parameter gibt, dann umfassen die vorbestimmten Bedingungen eine Bedingung zum Begrenzen von Kombinationen von Werten von wenigstens zwei der Parameter zu einer vorbestimmten Kombination, so dass die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (die Ausgabe der Anlage) am Zielwert gesteuert/geregelt werden kann, ohne dass der Wert jedes der Parameter übermäßig begrenzt ist, und so dass optimale Werte der Parameter zum Erhalten der Stabilität der verarbeiteten Variablen, d. h. zum Glätten einer zeitabhängigen Änderung der verarbeiteten Variablen, identifiziert werden können.
  • Die vorbestimmten Bedingungen umfassen vorzugsweise eine Bedingung zum Begrenzen eines Wertes wenigstens eines der durch das Identifikationsmittel zu identifizierenden Parameter auf einen oberen und einen unteren Grenzwert.
  • Im Allgemeinen versagt die Steuerung/Regelung der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert oft, wenn die Werte der identifizierten Parameter zu groß oder zu klein sind, selbst wenn die verarbeitete Variable unter Verwendung dieser Parameter bestimmt wird und die Eingabe der Anlage (die Ausgabe des Betätigers) unter Verwendung der derart bestimmten verarbeiteten Variablen gesteuert/geregelt wird. Wenn die vorbestimmten Bedingungen eine Bedingung zum Begrenzen eines Wertes wenigstens eines der Parameter auf einen oberen und einen unteren Grenzwert umfassen, wird verhindert, dass der Wert des Parameters übermäßig groß oder übermäßig klein wird, so dass verhindert wird, dass die Steuer-/Regelbarkeit der Ausgabe der Anlage verringert wird.
  • Wenn das Identifikationsmittel ein Mittel umfasst, um in jedem Steuer-/Regelzyklus die Parameterwerte, die in vergangenen Steuer-/Regelzyklen bestimmt worden sind, zu aktualisieren und zu identifizieren, dann sind die vergangenen Parameterwerte, die in dem Algorithmus verwendet werden, vorzugsweise auf Werte begrenzt, welche die vorbestimmten Bedingungen erfüllen.
  • Durch das Aktualisieren und Identifizieren der Parameterwerte unter Verwendung der vergangenen Parameterwerte, die auf Werte begrenzt sind, welche die vorbestimmten Bedingungen erfüllen, können die Parameterwerte, welche die vorbestimmten Bedingungen erfüllen, einfach identifiziert werden.
  • Wenn das Element, das sich auf den Ansprechverzug des Diskretsystem-Modells bezieht, ein Element umfasst, welches sich auf einen primären autoregressiven Term bezieht, und ein Element umfasst, welches sich auf einen sekundären autoregressiven Term bezieht, und die vom Identifikationsmittel zu identifizierenden Parameter einen ersten Verstärkungskoeffizienten des Elements, welches sich auf den primären autoregressiven Term bezieht, und einen zweiten Verstärkungskoeffizienten des Elements, welches sich auf den sekundären autoregressiven Term bezieht, umfassen, dann sind die vorbestimmten Bedingungen derart festgesetzt, dass sich ein Punkt auf einer Koordinatenebene, welche zwei Koordinatenkomponenten aufweist, die durch Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten repräsentiert werden, in einem vorbestimmten, auf dem Koordinatensystem definierten, Bereich befindet.
  • Wenn die vorbestimmten Bedingungen zum Begrenzen der Werte des ersten und des zweiten Koeffizienten, welche die obigen Parameter sind, derart in einem vorbestimmten, auf dem Koordinatensystem definierten, Bereich festgesetzt werden, können Kombinationen der Werte des ersten und des zweiten Koeffizienten auf geeignete Kombinationen begrenzt werden.
  • Der vorbestimmte Bereich kann jede Form aufweisen, aber weist vorzugsweise gerade Grenzen auf.
  • Da die Grenzen des vorbestimmten Bereichs gerade sind, können sie durch einen einzigen funktionalen Ausdruck (einschließlich einer Konstantwert-Funktion parallel zu den Koordinatenachsen) repräsentiert werden. Daher ist es einfach, zu entscheiden, ob die Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten die vorbestimmten Bedingungen erfüllen oder nicht, d. h. ob ein Punkt auf der Koordinatenebene, dessen Koordinatenkomponenten durch die Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten repräsentiert werden, im vorbestimmten Bereich liegt, und weiterhin ist es einfach, diese Werte auf die Werte zu begrenzen, welche die vorbestimmten Bedingungen erfüllen.
  • Der vorbestimmte Bereich weist Grenzen auf, wobei wenigstens ein Abschnitt der Grenzen durch einen vorbestimmten funktionalen Ausdruck definiert ist, welcher Variablen aufweist, die durch den ersten und den zweiten Verstärkungskoeffizienten repräsentiert sind.
  • Mit den derart definierten Grenzen, können die durch den vorbestimmten Bereich bestimmten vorbestimmten Bedingungen durch eine Kombination festgesetzt werden, bei der die Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten miteinander koneliert werden, und es ist möglich, die vorbestimmten Bedingungen zum Steuern/Regeln der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert, und ebenfalls zum stabilen Bestimmen der verarbeiteten Variablen, d. h. der verarbeiteten Variablen zum Erzeugen einer glatten Änderung, durch das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen optimal festzusetzen.
  • Wenn der vorbestimmte Bereich zum Begrenzen der Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten festgesetzt wird, dann umfasst das Identifikationsmittel ein Mittel zum Ändern der Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten zu Werten in dem vorbestimmten Bereich, um eine Änderung des Wertes des ersten Verstärkungskoeffizienten zu minimieren, um dadurch die Werte des ersten und des zweiten Ver stärkungskoeffizienten zu begrenzen, wenn ein Punkt auf der Koordinatenebene, welche durch die Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten bestimmt ist, wobei die Verstärkungskoeffizienten durch die Daten identifiziert sind, die die Ausgaben des ersten und des zweiten Erfassungsmittels repräsentieren, aus dem vorbestimmten Bereich abweicht.
  • Insbesondere ist der Wert des ersten Verstärkungskoeffizienten des Elements, das sich auf den primären autoregressiven Term des Diskretsystem-Modells bezieht, zum Erhalten der Verlässlichkeit der durch das Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen bestimmten verarbeiteten Variablen wichtiger als der Wert des zweiten Verstärkungskoeffizienten des Elements, das sich auf den sekundären autoregressiven Term bezieht. Dies liegt daran, dass der autoregressive Term niedrigerer Ordnung (der neuere autoregressive Term) stärker mit der gegenwärtigen Ausgabe der Anlage (der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels) korreliert ist und verlässlicher ist. Wenn daher der durch die Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten definierte Punkt auf der Koordinatenebene, welcher basierend auf den die Ausgaben des ersten und des zweiten Erfassungsmittels repräsentierenden Daten identifiziert ist, aus dem vorbestimmten Bereich abweicht, und wenn der Wert des ersten Verstärkungskoeffizienten übermäßig stark geändert wird, um die Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten auf Werte eines Punktes innerhalb des vorbestimmten Bereichs zu begrenzen, dann neigt die verarbeitete Variable dazu, sich abrupt zu ändern. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden, zum Begrenzen der Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten, die Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten auf Werte eines Punktes innerhalb des vorbestimmten Bereichs begrenzt, um die Änderung des Wertes des ersten Verstärkungskoeffizienten zu minimieren. Auf diese Art wird verhindert, dass sich die verarbeitete Variable abrupt ändert, indem die Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten begrenzt werden.
  • Bei dem Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, zu verhindern, dass ungeeignete Parameterwerte identifiziert werden, indem die durch das Identifikationsmittel identifizierten Parameter auf Werte begrenzt werden, welche die vorbestimmten Bedingungen erfüllen. Um allerdings zu verhindern, dass zum Steuern/Regeln der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels am Zielwert ungeeignete Parameterwerte identifiziert werden, kann das folgende Verfahren eingesetzt werden:
    Das Anlagen-Steuer-Regelsystem kann ferner ein Mittel umfassen zum Bestimmen der Stabilität eines von dem Identifikationsmittel ausgeführten Verfahrens zum Identifizieren der Parameter, wobei das Identifikationsmittel ein Mittel umfasst zum Zurücksetzen von Parameterwerten oder von einer vorbestimmten Variablen, welche vom Identifikationsmittel im Verfahren zum Identifizieren der Parameter verwendet wird, auf einen vorbestimmten Ausgangswert, wenn das vom Identifikationsmittel zum Identifizieren der Parameter ausgeführte Verfahren als instabil bewertet wird.
  • Alternativ kann das Anlagen-Steuer-Regelsystem ferner ein Mittel umfassen zum Bestimmen der Stabilität eines von dem Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen zum Bestimmen der verarbeiteten Variable ausgeführten Verfahrens, wobei das Identifikationsmittel ein Mittel umfasst zum Zurücksetzen von Parameterwerten oder von einer vorbestimmten Variablen, welche vom Identifikationsmittel im Verfahren zum Identifizieren der Parameter verwendet wird, auf einen vorbestimmten Ausgangswert, wenn das vom Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen zum Bestimmen der verarbeiteten Variable ausgeführte Verfahren als instabil bewertet wird.
  • Bei diesen Anordnungen setzt das Identifikationsmittel die Werte der Parameter oder einer verarbeiteten Variablen, welche vom Identifikationsmittel bei einem Verfahren zum Identifizieren der Parameter verwendet wird, auf einen vorbestimmten Ausgangswert zurück, wenn das Verfahren der Identifikation der Parameter mit dem Identifikationsmittel instabil ist, was zu der Gefahr führt, dass die Parameter als ungeeignete Werte identifiziert werden, oder wenn ungeeignet identifizierte Parameter dazu verwendet werden, das Verfahren zum Bestimmen der verarbeiteten Variablen mit dem Bestimmungsmittel für verarbeitete Variablen instabil zu machen. Als ein Ergebnis, wird verhindert, dass die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels unter Verwendung ungeeigneter Parameterwerte abnormal gesteuert/geregelt wird.
  • Wenn die Anlage ein System ist, das von einer Position stromaufwärts des Katalysators bis zu einer Position stromabwärts des Katalysators des Abgassystems des Verbrennungsmotors reicht, dann umfasst das erste Erfassungsmittel vorzugsweise einen Sauerstoffkonzentrationssensor, und ein Zielwert für die Ausgabe des Sauerstoffkonzentrationssensors ist vorzugsweise ein vorbestimmter konstanter Wert, um einen optimalen Reinigungsleistungspegel des Katalysators zu erreichen.
  • Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, welche bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung exemplarisch illustrieren.
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Anlagen-Steuer-/Regelsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Diagramm, welches Ausgabecharakteristiken eines O2-Sensors zeigt, welcher bei dem in 1 gezeigten Anlagen-Steuer-/Regelsystem verwendet wird;
  • 3 ist ein Blockdiagramm, welches eine grundsätzliche Anordnung einer Bestimmungseinheit der verarbeiteten Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in 1 gezeigten Anlagen-Steuer-/Regelsystems illustriert;
  • 4 ist ein Diagramm, welches ein Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren illustriert, welches von dem in 1 gezeigten Anlagen-Steuer-/Regelsystem angewandt wird;
  • 5 ist ein Blockdiagramm einer adaptiven Steuer-/Regeleinrichtung im in 1 gezeigten Anlagen-Steuer-/Regelsystem;
  • 6 ist ein Flussdiagramm eines Motor-Kraftstoff-Steuer-/Regelverfahrens, welches von dem in 1 gezeigten Anlagen-Steuer-/Regelsystem durchgeführt wird;
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Unterprogramms des in 6 gezeigten Motor-Kraftstoff-Steuer-/Regelverfahrens;
  • 8 ist ein Flussdiagramm eines gesamten Verfahrens, das von der Bestimmungseinheit der verarbeiteten Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in 1 gezeigten Anlagen-Steuer-/Regelsystems durchgeführt wird;
  • 9 ist ein Flussdiagramm eines Unterprogramms des in 8 gezeigten Verfahrens;
  • 10 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Unterprogramms des in 8 gezeigten Verfahrens;
  • 11 ist ein Flussdiagramm noch eines weiteren Unterprogramms des in 8 gezeigten Verfahrens;
  • 12 ist ein Diagramm, das das in 11 gezeigte Unterprogramm illustriert;
  • 13 ist ein Diagramm, das das in 11 gezeigte Unterprogramm illustriert;
  • 14 ist ein Flussdiagramm eines Unterprogramms des in 11 gezeigten Unterprogramms
  • 15(a) ist ein Blockdiagramm, das das in 11 gezeigte Unterprogramm illustriert;
  • 15(b) ist ein Blockdiagramm, das das in 11 gezeigte Unterprogramm illustriert;
  • 15(c) ist ein Blockdiagramm, das das in 11 gezeigte Unterprogramm illustriert;
  • 16 ist ein Diagramm, das das in 11 gezeigte Unterprogramm illustriert;
  • 17(a) ist ein Diagramm, das das in 11 gezeigte Unterprogramm illustriert;
  • 17(b) ist ein Diagramm, das das in 11 gezeigte Unterpro gramm illustriert;
  • 18 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Unterprogramms des in 11 gezeigten Unterprogramms;
  • 19 ist ein Flussdiagramm noch eines weiteren Unterprogramms des in 8 gezeigten Verfahrens;
  • 20 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Unterprogramms des in 8 gezeigten Verfahrens;
  • 21 ist ein Flussdiagramm noch eines weiteren Unterprogramms des in 8 gezeigten Verfahrens;
  • 22 ist ein Flussdiagramm eines Unterprogramms des in 21 gezeigten Unterprogramms;
  • 23 ist ein Flussdiagramm noch eines weiteren Unterprogramms des in 8 gezeigten Verfahrens;
  • 24 ist ein Diagramm, das ein Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
  • 25 ist ein Diagramm, das das Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß der zweiten Ausführungsform illustriert;
  • 26 ist ein Flussdiagramm eines Steuer-/Regel-Unterprogramms, welche von dem Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird; und
  • 27 ist ein Diagramm, welches ein Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
  • Ein Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 bis 23 beschrieben. Gemäß der ersten Ausführungsform ist das Anlagen-Steuer-/Regelsystem ein System zum Steuern/Regeln einer Anlage, welche ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors umfasst, das von einer Position stromaufwärts eines Katalysators zum Reinigen eines vom Verbrennungsmotor emittierten Abgases bis zu einer Position stromabwärts des Katalysators reicht.
  • 1 zeigt das Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß der ersten Ausfüh rungsform in Blockform. Wie in 1 gezeigt, erzeugt ein Verbrennungsmotor 1, wie beispielsweise ein Vierzylinder-Verbrennungsmotor, ein Abgas, welches von jedem Zylinder in ein gemeinsames, in der Nähe des Verbrennungsmotors 1 angeordnetes, Ausleitungsrohr 2 emittiert wird, von dem aus das Abgas in die Atmosphäre ausgeleitet wird. Zwei Drei-Wege-Katalysatoren 3, 4 sind im gemeinsamen Ausleitungsrohr 2 an stromabwärts hintereinander liegenden Orten angebracht. Der stromabwärts angeordnete Katalysator 4 kann weggelassen werden. Der Verbrennungsmotor 1 entspricht einem Betätiger.
  • Das Anlagen-Steuer-/Regelsystem dient zum Steuern/Regeln eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Abgassystem des Verbrennungsmotors 1. Das Anlagen-Steuer-/Regelsystem umfasst einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 5 mit einem weiten Bereich, welcher am Abgasrohr 2 stromaufwärts des Katalysators 3 angebracht ist, oder genauer an einer Position, an der Abgase der Zylinder des Verbrennungsmotors 1 zusammengeleitet werden, einen O2-Sensor (Sauerstoffkonzentrationssensor) 6, welcher als ein erstes Erfassungsmittel am Abgasrohr 2 stromabwärts des Katalysators 3 und stromaufwärts des Katalysators 4 angebracht ist, und eine Steuer-/Regeleinheit 7 zum Durchführen eines Steuer-/Regelverfahrens (welches später beschrieben werden wird), basierend auf erfassten Ausgabesignalen der Sensoren 5, 6. Der Steuer-/Regeleinheit 7 werden erfasste Ausgabesignale der Sensoren 5, 6 zugeführt, und ebenfalls erfasste Ausgabesignale von verschiedenen anderen Sensoren zum Erfassen von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 1, einschließlich eines Motordrehzahlsensors, eines Einlassdrucksensors, eines Kühlmitteltemperatursensors, usw..
  • Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 5 mit einem weiten Bereich ist ein O2-Sensor und gibt ein Signal aus, dessen Pegel vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines vom Verbrennungsmotor 1 emittierten und in den Katalysator 3 eingeleiteten Abgases abhängig ist. Genauer ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dasselbe wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt und darin verbrannt wird, um das in den Katalysator eingeleitete Abgas zu erzeugen. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird durch die Sauerstoffkonzentration des in den Katalysator eingeleiteten Abgases repräsentiert. Das Ausgabesignal von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 5 mit dem weiten Bereich (im Folgenden als LAF-Sensor 5 bezeichnet), wird durch eine Erfassungsschaltung, wie beispielsweise einem (nicht gezeigten) Linearisierer in ein Signal verarbeitet, welches ein Ausgabesignal KACT aufweist, dessen Pegel proportional zum dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator eingeleiteten Abgases in einem weiten Bereich von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen ist, d. h. ein Ausgabesignal KACT, welches einen erfassten Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases repräsentiert. Der LAF-Sensor 5 ist detailliert in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 4-369471 offenbart, welche der US Patentschrift Nr. 5,391,282 entspricht, und wird im Folgenden nicht beschrieben.
  • Der stromabwärts des Katalysators 3 angeordnete O2-Sensor 6 erzeugt ein Ausgabesignal VO2/OUT, welches einen Pegel aufweist, der von der Sauerstoffkonzentration des Abgases, welches den Katalysator 3 passiert hat, abhängig ist, d. h. ein Ausgabesignal VO2/OUT, welches einen erfassten Wert der Sauerstoffkonzentration des Abgases repräsentiert, wie bei gewöhnlichen O2-Sensoren. Das Ausgabesignal VO2/OUT des O2-Sensors 6 ändert sich mit hoher Empfindlichkeit proportional mit der Sauerstoffkonzentration des Abgases, welches den Katalysator 3 passiert hat, wobei sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (die Sauerstoffkonzentration) des Abgases in einem Bereich Δ nahe an einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Die Steuer-/Regeleinheit 7 umfasst einen Mikrocomputer und weist, als ihre Hauptfunktionen, einen grundlegenden Kraftstoffeinspritzmengenberechner 8 zum Bestimmen einer grundlegenden Kraftstoffeinspritzmenge Tim auf, welche in den Verbrennungsmotor 1 eingespritzt werden soll, einen ersten Korrekturkoeffizientenberechner 9 zum Bestimmen eines ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL, um die grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge Tim zu korrigieren, und einen zweiten Korrekturkoeffizientenberechner 10 zum Bestimmen eines zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM, um die grundlegende Kraftstoffeinspritrmenge Tim zu korrigieren.
  • Der grundlegende Kraftstoffeinspritrmengenberechner 8 bestimmt eine Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge aus der Umdrehungsgeschwindigkeit NE und dem Einlassdruck PB des Verbrennungsmotors 1 unter Verwendung eines vorbestimmten Kennfelds, und korrigiert die bestimmte Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge abhängig von der effektiven Öffnungsfläche eines Drosselventils (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 1, wodurch eine grundlegende Kraftstoffeinspritrmenge Tim berechnet wird.
  • Der erste Korrekturkoeffizient KTOTAL, welcher vom ersten Korrekturkoeffizientenberechner 9 bestimmt ist, dient dazu, die grundlegende Kraftstoffeinspritrmenge Tim in Hinblick auf ein Abgas-Rückführungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1, d. h. den Anteil eines Abgases, welches in einem in den Verbrennungsmotor 1 eingeleiteten Luft-Kraftstoff-Gemisch enthalten ist, einer Menge von Spülkraftstoff, welche dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt wird, wenn ein (nicht gezeigter) Kanister gespült wird, eine Kühlmitteltemperatur, eine Einlasstemperatur, usw., zu korrigieren.
  • Der zweite Korrekturkoeffizient KCMDM, welcher vom zweiten Korrekturkoeffizientenberechner 10 bestimmt ist, dient dazu, die grundlegende Kraftstoffeinspritrmenge Tim im Hinblick auf die Ladeeffizienz eines Luft-Kraftstoff-Gemisches aufgrund des Kühleffekts von in den Verbrennungsmotor 1 strömenden Kraftstoffs zu korrigieren, abhängig von einer Bestimmungseinheit 13 für eine verarbeitete Variable eines Ziel-Luft-Kraftstoff Verhältnisses (weiter unten beschrieben).
  • Die Steuer-/Regeleinheit 7 korrigiert die grundlegende Kraftstoffeinspritrmenge Tim mit dem ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL und dem zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM, indem sie die grundlegende Kraftstoffeinspritrmenge Tim mit dem ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL und dem zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM multipliziert, und daher eine Last-Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl für den Verbrennungsmotor 1 erzeugt.
  • Spezifische Einzelheiten von Verfahren zum Berechnen der grundlegenden Kraftstoffeinspritrmenge Tim, des ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL und des zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM werden detailliert in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 5-79374 (US Patentschrift Nr. 5,253,630) offenbart, und werden im Folgenden nicht beschrieben.
  • Die Steuer-/Regeleinheit 7 weist weiterhin einen Subtrahierer 11 auf zum Bestimmen einer Differenz kact (= KACT – FLAF/BASE) zwischen dem Ausgabesignal KACT des LAF-Sensors 5 und einem vorbestimmten Referenzwert FLAF/BASE (welcher als etwa „:." (konstanter Wert) festgesetzt ist, der in der ersten Ausführungsform als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgerechnet ist), einen Subtrahierer 12 zum Bestimmen einer Differenz VO2 (= VO2/OUT – VO2T/TARGET) zwischen dem Ausgabesignal VO2/OUT des O2-Sensors 6 und einem Zielwert VO2/TARGET desselben (welcher als ein konstanter Wert festgesetzt ist, um eine optimale Abgasreinigungsleistung des Katalysators 3 zu erreichen), eine Bestimmungseinheit 13 für eine verarbeitete Variable eines Luft-Kraftstoff Verhältnisses (Bestimmungseinheit für verarbeitete Variablen) zum Bestimmen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD für das Abgas am LAF-Sensor als eine verarbeitete Variable zum Bestimmen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vom Verbrennungsmotor 1 emittierten und in den Katalysator 3 eingeleiteten Abgases, unter Verwendung von Daten der Differenzen kact, VO2 als Daten, welche die Ausgabesignale des LAF-Sensors 5 und des O2-Sensors 6 repräsentieren, und eine Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 14 (Rückkopplungs-Steuer-/Regelmittel) zur Rückkopplungs-Steuerung/Regelung einer Kraftstoffeinspritrmenge (Kraftstoffzufuhrmenge) des Verbrennungsmotors 1, um das Ausgabesignal KACT des LAF-Sensors 5 (das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator 3 eingeleiteten Abgases) zum Ziel-Luft-Kraftstoff Verhältnis KCMD konvergieren zu lassen.
  • Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, deren Einzelheiten später beschrieben werden, betreibt ein Abgassystem (in 1 als E bezeichnet), einschließlich des Katalysators 3, welches vom LAF-Sensor 5 bis zum O2-Sensor 6 entlang des Abgasrohrs 2 reicht, als eine zu steuernde/regelnde Anlage. Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bestimmt nacheinander das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD für das Abgas am LAF-Sensor 5, um das Ausgabesignal VO2/OUT des O2-Sensors 6 auf den Zielwert VO2/TARGET desselben abzustimmen, d. h. um das Ausgabesignal VO2/OUT des O2-Sensors 6 zu „0" konvergieren zu lassen, gemäß einem Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren, oder genauer einem adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren, im Hinblick auf eine Totzeit, welche im zu steuernden/regelnden Abgassystem E (der Anlage) auftritt, und auf Verhaltensänderungen des Abgassystems E.
  • Die Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 14 umfasst eine allgemeine Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 15 zur Rückkopplungs-Steuerung/Regelung einer gesamten Kraftstoffeinspritzmenge für alle Zylinder des Verbrennungsmotors 1 und eine lokale Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 16 zur Rückkopplungs-Steuerung/Regelung einer Kraftstoffeinspritzmenge für jeden der Zylinder des Verbrennungsmotors 1.
  • Die allgemeine Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 15 bestimmt nacheinander einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB zum Korrigieren der Last-Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl (indem die Last-Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl multipliziert wird), um das Ausgabesignal KACT des LAF-Sensors 5 in Richtung auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD konvergieren zu lassen. Die allgemeine Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 15 umfasst eine PID-Steuer-/Regeleinrichtung 17 zum Bestimmen einer verarbeiteten Rückkopplungsvariablen KLAF als dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB abhängig von der Differenz zwischen dem Ausgabesignal KACT des LAF-Sensors 5 und dem Ziel-Luft-Kraftstoff Verhältnis KCMD gemäß einem bekannten PID-Steuer-/Regel verfahren, und eine adaptive Steuer-/Regeleinrichtung 18 (in 1 mit „STR" gekennzeichnet), welche eine rekursive Steuer-/Regeleinrichtung zur adaptiven Bestimmung einer verarbeiteten Rückkopplungsvariablen KSTR zum Bestimmen des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB im Hinblick auf Änderungen von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 1 ist, oder auf charakteristische Änderungen desselben von dem Ausgabesignal KACT des LAF-Sensors 5 und dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD.
  • Bei der ersten Ausführungsform ist die von der PID-Steuer-/Regeleinrichtung 17 erzeugte verarbeitete Rückkopplungsvariable KLAF vom Typ „1" und kann direkt als der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB verwendet werden, wenn das Ausgabesignal KACT (das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis) des LAF-Sensors 5 gleich dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD ist. Die verarbeitete Rückkopplungsvariable KSTR, welche von der adaptiven Steuer-/Regeleinrichtung 18 erzeugt ist, wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD, wenn das Ausgabesignal KACT des LAF-Sensors 5 gleich dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD ist. Eine verarbeitete Rückkopplungsvariable kstr (= KSTR/KCMD), welche erzeugt ist, indem die verarbeitete Rückkopplungsvariable KSTR durch das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD mit einem Dividierer 19 geteilt wird, kann als der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB verwendet werden.
  • Die von der PID-Steuer-/Regeleinrichtung 17 erzeugte verarbeitete Rückkopplungsvariable KLAF und die verarbeitete Rückkopplungsvariable kstr, welche erzeugt ist, indem die verarbeitete Rückkopplungsvariable KSTR der adaptiven Steuer-/Regeleinrichtung 18 durch das Ziel-Luft-Kraftstoff Verhältnis KCMD geteilt wird, werden eine nach der anderen durch einen Umschalter 20 ausgewählt. Eine ausgewählte der verarbeiteten Rückkopplungsvariable KLAF und der verarbeiteten Rückkopplungsvariable KSTR wird als der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB verwendet. Die Last-Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl wird dadurch korrigiert, dass sie mit dem Rückkopplungskorrekturkoeffzienten KFB multipliziert wird. Einzelheiten der allgemeinen Steuer-/Regeleinrichtung 15 (insbesondere der adaptiven Steuer-/Regeleinrichtung 18) werden später beschrieben.
  • Die lokale Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 16 umfasst einen Beobachter 21 zum Schätzen realer Luft-Kraftstoff-Verhältnisse #nA/F (n = 1, 2, 3, 4) der jeweiligen Zylinder vom Ausgabesignal KACT des LAF-Sensors 5, und eine Mehrzahl von PID-Steuer-/Regeleinrichtungen 22 (so viele wie die Anzahl der Zylinder) zum Bestimmen von jeweiligen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF für Kraftstoffeinspritzmengen der Zylinder aus den jeweiligen realen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen #nA/F, welche durch den Beobachter 21 geschätzt sind, gemäß einem PID-Steuer-/Regelverfahren, um Schwankungen der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der Zylinder zu eliminieren.
  • Kurz ausgedrückt schätzt der Beobachter 21 ein reales Luft-Kraftstoff-Verhältnis #nA/F jeder der Zylinder wie folgt: Ein System des Verbrennungsmotors 1 bis zu dem LAF-Sensor 5 (wo die Abgase der Zylinder zusammengeleitet werden) wird als ein System zum Erzeugen eines durch den LAF-Sensor 5 erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus einem realen Luft-Kraftstoff-Verhältnis #nA/F von jedem der Zylinder angesehen, und wird im Hinblick auf einen Erfassungs-Ansprechverzug (d. h. einen Zeitverzug erster Ordnung) des LAF-Sensors 5 und auf einen chronologischen Beitrag des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses jedes der Zylinder zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis an der Position, wo die Abgase von den Zylindern zusammengeleitet werden, modelliert. Basierend auf dem modellierten System wird ein reales Luft-Kraftstoff-Verhältnis #nA/F jedes der Zylinder aus dem Ausgabesignal KACT (das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis) des LAF-Sensors 5 geschätzt.
  • Einzelheiten des Beobachters 21 sind in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 7-83094 offenbart, welche der US Patentschrift Nr. 5,531,208 (EP-A-0 643 212) entspricht, und werden im Folgenden nicht beschrieben werden.
  • Jede der PID-Steuer-/Regeleinrichtungen 22 der lokalen Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 16 teilt das Ausgabesignal KACT des LAF-Sensors 5 durch einen mittleren Wert der Rückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF, welche durch die jeweilige PID-Steuer-/Regeleinrichtung 22 in einem vorhergehenden Steuer-/Regelzyklus bestimmt worden sind, um einen Quotientenwert zu erzeugen, und verwendet den Quotientenwert als ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für den entsprechenden Zylinder. Jede der PID-Steuer-/Regeleinrichtungen 22 bestimmt dann einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF in einem gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus, um jegliche Differenz zwischen dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem entsprechenden, vom Beobachter 21 bestimmten, realen Luft-Kraftstoff-Verhältnis #nA/F zu eliminieren.
  • Die lokale Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 16 multipliziert einen Wert, welcher durch Multiplikation der Last-Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl mit dem von der allgemeinen Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 15 erzeugten ausgewählten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB erzeugt worden ist, mit dem Rückkopplungskorrekturkoeffizient #nKLAF für jeden der Zylinder, wodurch eine Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout (n = 1, 2, 3, 4) für jeden der Zylinder bestimmt wird.
  • Die derart für jeden der Zylinder bestimmte Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout wird durch einen Kraftstoff-Ansammlungs-Korrektor 23 in der Steuer-Regeleinheit 7 im Hinblick auf angesammelte Kraftstoffpartikel an Einlassrohrwänden des Verbrennungsmotors 1 korrigiert. Die korrigierte Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout wird an jeden der Kraftstoffinjektoren (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 1 angewandt, welche Kraftstoff in jeden der Zylinder mit der korrigierten Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout einspritzen.
  • Die Korrektur der Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge im Hinblick auf angesammelte Kraftstoffpartikel an Einlassrohrwänden wird detailliert in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 8-21273 offenbart, welche beispielsweise der US Patentschrift 5,568,799 entspricht, und wird im Folgenden nicht detailliert beschrieben.
  • Ein in 1 gezeigter Sensorausgabenauswähler 24 dient dazu, das Ausgabesignal KACT des LAF-Sensors 5 auszuwählen, welches dazu geeignet ist, ein reales Luft-Kraftstoff-Verhältnis #nLAF jedes Zylinders mit dem Beobachter 21 zu schätzen, abhängig von den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 1. Einzelheiten des Sensorausgabenauswählers 24 werden detailliert in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 7-259588 offenbart, welche der US Patentschrift Nr. 5,540,209 (EP-A-0 643 213) entspricht, und werden im Folgenden nicht detailliert beschrieben.
  • Im Folgenden wird die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses detailliert beschrieben.
  • Wie oben beschrieben bestimmt die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisse nacheinander das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD für das Abgas am LAF-Sensor 5, um das Ausgabesignal VO2/OUT des O2-Sensors 6 an den Zielwert VO2/TARGET dafür anzupassen, gemäß einem adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren im Hinblick auf eine im Abgassystem E auftretende Totzeit und Verhaltensänderungen des Abgassystems E. Um ein derartiges Steuer-/Regelverfahren durchzuführen, wird das Abgassystem E gemäß der ersten Ausführungsform als eine Anlage angesehen zum Erzeugen des Ausgabesignals VO2/OUT des O2-Sensors 6 (der Sauerstoffkonzentration des Abgases, welches den Katalysator 3 passiert hat) aus dem Ausgabesignal KACT des LAF-Sensors 5 (das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches in den Katalysator 3 eingeleitet wird) über ein Totzeitelement und ein Ansprechverzugselement, und die Anlage wird als ein diskretes System modelliert.
  • Um die Verarbeitung durch die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu vereinfachen, wird das Diskretsystem-Modell des Abgassystems E unter Verwendung der differentiellen Ausgabe kact (= KACT – FLAF/BASE) das LAF-Sensors 5 und der differentiellen Ausgabe VO2 (= VO2/OUT – VO2/TARGET) des O2-Sensors 6 ausgedrückt, statt des Ausgabesignals KACT des LAF-Sensors 5 und des Ausgabesignals VO2/OUT des O2-Sensors 6, gemäß der folgenden Gleichung (1): VO2(k + 1) = a1·VO2(k) + a2·VO2(k – 1) + b1·kact(k – d) (1)
  • Gemäß Gleichung (1) wird das Abgassystem E als eine Anlage zum Erzeugen der differentiellen Ausgabe VO2 vom O2-Sensor 6 aus der differentiellen Ausgabe kact vom LAF-Sensor 5 über ein Totzeitelement und ein Ansprechverzugselement angesehen, und wird als ein diskretes System modelliert (als ein autoregressives Modell, welches eine Totzeit aufweist).
  • In Gleichung (1) repräsentiert „k" die Nummer eines Diskretzeit-Steuer-/Regelzyklus und „d" die Totzeit des Abgassystems E (die erforderliche Zeit, bis das Ausgabesignal KACT oder die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 zu jedem Zeitpunkt als einer Eingabe in das Abgassystem E im Ausgabesignal VO2/OUT oder der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 als einer Ausgabe des Abgassystems E reflektiert wird), wie durch die Anzahl von Steuer-/Regelzyklen angezeigt. Bei der ersten Ausführungsform ist die Totzeit des Abgassystems E gleich der Zeit d von Steuer-/Regelzyklen (d = 3 – 10), welche jeder eine Periode im Bereich von 30 bis 100 ms aufweisen. Der erste und der zweite Term auf der rechten Seite von Gleichung (1) entsprechen einem Ansprechverzugselement des Abgassystems E, wobei der erste Term ein primärer autoregressiver Term ist und der zweite Term ein sekundärer autoregressiver Term ist. Im ersten und im zweiten Term repräsentieren „a1" und „a2" jeweilige Verstärkungskoeffizienten des primären autoregressiven Terms und des sekundären autoregressiven Terms. Der dritte Term auf der rechten Seite von Gleichung (1) entspricht einem Totzeitelement des Abgassystems E. Im dritten Term repräsentiert „b1" einen Verstärkungskoeffizienten des Totzeitelements. Die Verstärkungs koeffizienten „a1", „a2" und „b1" sind Parameter, welche das Diskretsystem-Modell definieren.
  • Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses führt das obige Steuer-/Regelverfahren in vorbestimmten (konstanten) Steuer-/Regelzyklen basierend auf dem durch Gleichung (1) ausgedrückten Diskretsystem-Modell aus. Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses weist Funktionen auf wie in 3 gezeigt.
  • Wie in 3 gezeigt, umfasst die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen des Kraftstoff-Verhältnisses einen Identifikator 25 (Identifikationsmittel) zur sequentiellen Identifikation der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1, die festzusetzende Parameter des Diskretsystem-Modells sind, bei jedem Steuer-/Regelzyklus aus den Daten der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 und der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6, einen Schätzer 26 (Schätzmittel), welcher im Allgemeinen als ein „Prädiktor" bezeichnet wird, zum sequentiellen Schätzen in jedem Steuer-/Regelzyklus eines geschätzten Wertes VO2-quer der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors (im Folgenden als eine geschätzte differentielle Ausgabe VO2-quer bezeichnet) nach der Totzeit d des Abgassystems E unter Verwendung von identifizierten Werten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1, welche durch den Identifikator 25 identifiziert sind (im Folgenden als identifizierte Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach bezeichnet), aus den Daten der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 und der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6, und eine Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 zum sequentiellen Bestimmen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD für das Abgas am LAF-Sensor 5, d. h. das in den Katalysator 3 eingeleitete Abgas, in jedem Steuer-/Regelzyklus, unter Verwendung der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach, aus der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2-quer des O2-Sensors 6, welche mit dem Schätzer 26 bestimmt worden ist, gemäß einem Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren.
  • Der Algorithmus eines durch den Identifikator 25, den Schätzer 26, und die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 durchzuführenden Verarbeitungsschritts wird auf der Basis des Diskretsystem-Modells wie folgt konstruiert:
    Bezogen auf den Identifikator 25, ändern sich tatsächliche Verstärkungskoeffizienten des Abgassystems E, welche den Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 des Diskretsystem-Modell entsprechen, im Allgemeinen abhängig von Verhaltenszuständen und zeitabhängigen charakteristischen Änderungen des Abgassystems E. Um daher einen Modellierfehler des Diskretsystem-Modells bezogen auf das tatsächliche Abgassystem E zu minimieren, um die Genauigkeit des Diskretsystem-Modells zu erhöhen, ist es bevorzugt, die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 des Diskretsystem-Modells auf einer Echtzeitbasis abhängig von Verhaltenszuständen und zeitabhängigen charakterstischen Änderungen des tatsächlichen Abgassystems E zu identifizieren.
  • Der Identifikator 25 dient dazu, die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 sequentiell auf einer Echtzeitbasis zu identifizieren, um einen Modellierfehler des Diskretsystem-Modells zu minimieren. Der Identifikator 25 führt sein Identifikationsverfahren wie folgt durch:
    In jedem Steuer-/Regelzyklus bestimmt der Identifikator 25 einen identifizierten Wert VO2-Dach der gegenwärtigen differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 (im Folgenden als eine identifizierte differentielle Ausgabe VO2-Dach bezeichnet) im gegenwärtig festgesetzten Diskretsystem-Modell unter Verwendung der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach des gegenwärtig festgesetzten Diskretsystem-Modells, d. h. identifizierte Verstärkungskoeffizienten a1-Dach(k–1), a2-Dach(k–1), b1-Dach (k–1), welche in einem vorhergehenden Steuer-/Regelzyklus bestimmt worden sind, und von vergangenen Daten der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 und der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6, gemäß der folgenden Gleichung (2):
    Figure 00410001
  • Die Gleichung (2) entspricht der Gleichung (1), welche um einen Steuer-/Regelzyklus in die Vergangenheit verschoben ist, mit den Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 durch die jeweiligen Verstärkungskoeffizienten a1-Dach (k–1), a2-Dach(k–1), b1-Dach(k–1) ersetzt. „d" im dritten Term von Gleichung (2) repräsentiert einen gesetzten Wert der Totzeit des Abgassystems E (insbesondere einen gesetzten Wert der Totzeit, wie durch die Anzahl von Steuer-/Regelzyklen angezeigt), wobei der gesetzte Wert eine Zeit gleich oder etwas länger als die tatsächliche Totzeit des Abgassystems E ist.
  • Wenn die durch die folgenden Gleichungen (3), (4) definierten Vektoren ⊝, ξ eingeführt werden (der Buchstabe T in den Gleichungen (3), (4) und weiteren Gleichungen repräsentiert eine Transposition), dann ist die Gleichung (2) durch die Gleichung (5) ausgedrückt:
    Figure 00410002
  • Der Identifikator 25 bestimmt ebenfalls eine Differenz id/e zwischen der identifizierten differentiellen Ausgabe VO2-Dach des O2-Sensors 6, welche durch Gleichung (2) oder (5) bestimmt ist, und der gegenwärtigen differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6, als Repräsentation eines Modellierfehlers des Diskretsystem-Modells bezogen auf das tatsächliche Abgassystem E (im Folgenden wird die Differenz id/e als ein identifizierter Fehler id/e bezeichnet), gemäß der folgenden Gleichung (6): id/e(k) = VO2(k) – VÔ2(k) (6)
  • Der Identifikator 25 bestimmt ferner neue identifizierte Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach, b1(k)-Dach, anders ausgedrückt einen neuen Vektor ⊝(k), welcher diese identifizierten Verstärkungskoeffizienten als Elemente aufweist (im Folgenden wird der neue Vektor ⊝(k) als ein identifizierter Verstärkungskoeffizientenvektor ⊝ bezeichnet), um den identifizierten Fehler id/e zu minimieren, gemäß der unten aufgeführten Gleichung (7). Das heißt, der Identifikator 25 ändert die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach(k–1), a2-Dach(k–1), b1-Dach(k–1), welche im vorhergehenden Steuer-/Regelzyklus bestimmt worden sind, um einen Betrag proportional zum identifizierten Fehler id/e, um dadurch die neuen identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach, b1(k)-Dach zu bestimmen.
    Figure 00420001
    wobei Kθ einen kubischen Vektor repräsentiert, welcher durch die folgende Gleichung (8) bestimmt ist, d. h. einen Verstärkungskoeffizientenvektor zum Bestimmen einer Änderung abhängig vom identifizierten Fehler id/e der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach:
    wobei P eine kubische quadratische Matrix repräsentiert, welche durch eine rekursive Formel bestimmt ist, die durch die folgende Gleichung (9) ausgedrückt ist:
    Figure 00420002
    wobei 1 eine Einheitsmatrix repräsentiert.
  • In Gleichung (9) werden λ1, λ2 festgesetzt, um die Bedingungen 0 < λ1 ≤ 1 und 0 ≤ λ2 ≤ 1 zu erfüllen, und ein Anfangswert P(0) von P repräsentiert eine diagonale Matrix, deren diagonale Komponenten positive Zahlen sind.
  • Abhängig davon, wie λ1, λ2 in Gleichung (9) festgesetzt werden, kann jeder von verschiedenen speziellen Algorithmen, einschließlich einer Methode mit fester Verstärkung, einer Methode mit degressiver Verstärkung, einer Metho de der gewichteten kleinsten Quadrate, einer Methode der kleinsten Quadrate, eine „Fixed Tracing"-Methode, usw., eingesetzt werden. Gemäß der ersten Ausführungsform wird eine Methode der kleinsten Quadrate eingesetzt, (λ1 = λ2 = 1) zum Beispiel.
  • Grundsätzlich bestimmt der Identifikator 25 in jedem Steuer-/Regelzyklus sequentiell die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach des Diskretsystem-Modells gemäß dem obigen Algorithmus (Berechnungsschritt), um den identifizierten Fehler id/e zu minimieren. Durch diesen Schritt ist es möglich, die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach, welche mit dem tatsächlichen Abgassystem E übereinstimmen, sequentiell zu erhalten.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform filtert der Identifikator 25 beim Berechnen des identifizierten Fehlers id/e die identifizierte differentielle Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 und identifiziert die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1, d. h. aktualisiert die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach, bei bestimmten Verhaltenszuständen des Abgassystems E. Derartige Arbeitsschritte des Identiflkators 25 werden später beschrieben.
  • Der Schätzer 26 bestimmt sequentiell in jedem Steuer-/Regelzyklus die geschätzte differentielle Ausgabe VO2-quer, welche ein geschätzter Wert der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 nach der Totzeit d ist, um den Effekt der Totzeit d des Abgassystems E für die Bestimmung des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD mit der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 zu kompensieren, wie später detailliert beschrieben. Der Schätzer 26 bestimmt die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 wie folgt:
    Wenn ein durch die folgende Gleichung (10) definierter Vektor X in das durch Gleichung (1) ausgedrückte Diskretsystem-Modell eingeführt wird, dann kann die Gleichung (1) als die Gleichung (11) umgeschrieben werden:
    Figure 00440001
  • Wenn die rekursive Formel gemäß Gleichung (11) wiederholt verwendet wird, ist X(k + d) nach der Totzeit (d) durch die folgende Gleichung (12) ausgedrückt, unter Verwendung der Matrix A und des Vektors B, welche in der Gleichung (11) definiert sind, und der Zeitreihendaten kact(k–j)(j = 1, 2, ..., d) der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5:
    Figure 00440002
  • Da das Element der ersten Reihe der linken Seite von Gleichung (12) die differentielle Ausgabe VO2(K + d) des O2-Sensors 6 nach der Totzeit d repräsentiert, kann dessen geschätzter Wert (die geschätzte differentielle Ausgabe) VO2(k + d)-quer durch Berechnen des Elements der ersten Reihe auf der rechten Seite von Gleichung (12) bestimmt werden.
  • Die Elemente der ersten Reihe von jeder der beiden Seiten von Gleichung (12) werden beachtet, und es wird angenommen, dass α1, α2 für das Element der ersten Reihe und der ersten Spalte und das Element der ersten Reihe und der zweiten Spalte der Matrix Ad des ersten Terms der rechten Seite substituiert wird, und βj(j = 1, 2, ..., d) für die Elemente der ersten Reihe des Vektors Aj–1·B (j = 1, 2, ..., d) des zweiten Terms der rechten Seite. Zu diesem Zeitpunkt kann die geschätzte differentielle Ausgabe VO2-quer des O2-Sensors 6 unter Verwendung von Zeitreihendaten VO2(k), VO2(k–1) der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 und von Zeitreihendaten kact (k–j)(j = 1, 2, ..., d) der differentiellen Ausgabe des LAF-Sensors 5 bestimmt werden, gemäß der folgenden Gleichung (13):
    Figure 00450001
  • Die Koeffizienten α1, α2, βj (j = 1, 2, ..., d) in Gleichung (13) können unter Verwendung der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach bestimmt werden, welche vom Identifikator 25 als die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 bestimmt worden sind, die als Elemente der Matrix A und des Vektors B dienen (siehe Gleichung 11), und durch Bestimmen der Matrix Ad und des Vektors Aj–1·B (j = 1, 2, ..., d) in Gleichung (12) aus der Matrix A und dem Vektor B.
  • Daher berechnet der Schätzer 26 grundsätzlich die Koeffizienten α1, α2, βj (j = 1, 2, ..., d) in der Gleichung (13), unter Verwendung der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach, welche durch den Identifikator 25 bestimmt worden sind (insbesondere die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach, b1(k)-Dach, welche im gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus bestimmt worden sind). Der Schätzer 26 berechnet ferner die Gleichung (13) aus den berechneten Koeffizienten α1, α2, βj, die Zeitreihendaten VO2(k), VO2(k–1), welche der gegenwärtigen Zeit vorhergehen, der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6, und die Zeitreihendaten kact(k–j) (j = 1, 2, ..., d) in der Vergangenheit der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5, um dadurch die geschätzte differentielle Ausgabe VO2(k + d)-quer des O2-Sensors 6 zu bestimmen. Dieses Verfahren ist ein grundlegender Berechnungs-Arbeitsschritt (Schätzalgorithmus) des Schätzers 26.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform filtert der Schätzer 26 beim Berechnen der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2(k + d)-quer des O2-Sensors 6 die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5. Ein derartiger Arbeitsschritt des Schätzers 26 wird später beschrieben.
  • Die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 wird unten detailliert beschrieben.
  • Zuerst wird kurz mit Bezug auf 4 ein allgemeines Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren beschrieben.
  • Das Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren ist ein Rückkopplungs-Steuer-/Regelverfahren mit variabler Struktur. Gemäß des Sliding-mode Steuer-/Regelverfahrens wird, wenn zwei Zustandsgrößen x1, x2 eines zu steuernden/regelnden Objekts vorliegen, im Voraus eine durch σ = 0 ausgedrückte Hyperebene konstruiert, unter Verwendung einer linearen Funktion σ = s1x1 + s2x2 (s1, s2 sind Koeffizienten), wobei die Zustandsgrößen x1, x2 als Variablen dabei verwendet werden. Die Hyperebene σ = 0 wird oft als eine Schaltlinie bezeichnet, wenn eine Phasenebene zweiten Grades vorliegt (d.h., es zwei Zustandsgrößen gibt), und die lineare Funktion σ wird als eine Schaltfunktion bezeichnet. Wenn der Grad der Phasenebene größer ist, dann ändert sich die Schaltlinie zu einer Schaltebene, und weiter zu einer Hyperebene, welche nicht geometrisch dargestellt werden kann. Die Hyperebene kann auch als Gleitebene bezeichnet werden. Diese werden im Rahmen der Ansprüche gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine lineare Funktion und eine Hyperebene repräsentiert.
  • Wenn die Zustandsgrößen x1, x2 derart sind, dass für die Zustandsgrößen x1, x2 σ ≠ 0 zutrifft, wie in 4 durch einen Punkt P angezeigt, dann wird bewirkt, dass die Zustandsgrößen x1, x2 mit einer hohen Geschwindigkeit auf die Hyperebene σ = 0 konvergieren gelassen werden, mit einer hohen Verstärkungssteuerung-/regelung entsprechend der sogenannten Annäherungs-Kontrollregel (Modus 1), und dann in Richtung auf einen Gleichgewichtspunkt konvergieren gelassen werden (ein Punkt, bei dem x1 = x2 = 0) auf der Hyperebene σ = 0, während sie auf die Hyperebene σ = 0 entsprechend der sogenannten äquivalenten Steuer-/Regeleingabe konvergieren gelassen werden (Modus 2).
  • Bei dem Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren können die Zustandsgrößen x1, x2 sehr stabil in Richtung auf den Gleichgewichtspunkt auf der Hyper ebene σ = 0 konvergieren, entsprechend der äquivalenten Steuer-/Regeleingabe, ohne dass sie von einer Störung oder ähnlichem beeinflusst werden, einfach dadurch, dass die Zustandsgrößen x1, x2 auf die Hyperebene σ = 0 konvergieren gelassen werden. Wenn eine Störung oder ein Modellierfehler des zu steuernden/regelnden Objekts vorliegt, dann konvergieren die Zustandsgrößen x1, x2 nicht genau auf den Gleichgewichtspunkt (den Punkt, an dem x1 = x2 = 0), sondern auf einen Punkt in der Nähe des Gleichgewichtspunkts.
  • Beim Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren ist es wichtig, die Zustandsgrößen x1, x2 stabil in Richtung auf die Hyperebene σ = 0 konvergieren zu lassen, insbesondere im Modus 1. Beim Vorhandensein einer Störung oder ähnlichem ist es im Allgemeinen schwierig, die Zustandsgrößen x1, x2 nur entsprechend der Annäherungs-Kontrollregel auf die Hyperebene H konvergieren zu lassen. Im Hinblick darauf ist in den letzten Jahren ein adaptives Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren vorgeschlagen worden, welches, zusätzlich zur Annäherungs-Kontrollregel, eine adaptive Kontrollregel zum Konvergieren lassen von Zustandsgrößen auf eine Hyperebene nutzt, während der Effekt einer Störung eliminiert wird, wie beispielsweise offenbart in "Sliding mode control – design theory of nonlinear robust control -", S. 134–135, veröffentlicht 20. Oktober 1994 von Corona Co., Ltd.
  • Die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 verwendet ein derartiges adaptives Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren, um eine Eingabe zu bestimmen (welche im Folgenden als eine verarbeitete SLD-Eingabe usl bezeichnet wird), die auf das Abgassystem E angewandt wird (insbesondere die Differenz zwischen dem vom LAF-Sensor 5 erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und dem Referenzwert FLAF/BASE, wobei die Differenz der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 entspricht), um das Ausgabesignal VO2/OUT des O2-Sensors 6 zu seinem Zielwert VO2/TARGET einzustellen, d. h. um das Ausgabesignal VO2/OUT des O2-Sensors 6 auf "0" konvergieren zu lassen und das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD aus der bestimmten verarbeiteten SLD-Eingabe usl zu be stimmen. Ein Algorithmus für einen derartigen Arbeitsschritt der Slidingmode Steuer-/Regelvorrichtung 27 ist wie folgt ausgelegt:
    Zuerst wird unten die Konstruktion einer für das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 benötigten Hyperebene beschrieben.
  • Da die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 ihr Steuer-/Regelverfahren ausführt, um das Ausgabesignal VO2/OUT des O2-Sensors 6 auf "0" konvergieren zu lassen, kann die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 die verarbeitete SLD-Eingabe usl bestimmen, die auf das Abgassystem E angewandt werden soll, um Zeitreihendaten des Ausgabesignals VO2/OUT des O2-Sensors 6 auf "0" konvergieren zu lassen.
  • Gemäß einem grundlegenden Konzept des Sliding-mode Steuer-/Regelverfahrens bei der ersten Ausführungsform werden die differentielle Ausgabe VO2(k) des O2-Sensors 6 bei jedem Steuer-/Regelzyklus und die differentielle Ausgabe VO2(k–1) bei jedem vorhergehenden Steuer-/Regelzyklus als zu steuernde/regelnde Zustandsgrößen verwendet, und die lineare Funktion σ, welche eine Hyperebene für das Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren definiert, wird gemäß der folgenden Gleichung (14) festgesetzt:
    Figure 00480001
  • Bei der ersten Ausführungsform werden tatsächlich vom Schätzer 26 bestimmte Zeitreihendaten der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2-quer als Zustandsgrößen verwendet, welche Variablen in der linearen Funktion sind, wie weiter unten beschrieben.
  • Mit der linearen Funktion σ, welche wie oben beschrieben definiert ist, wird die Hyperebene für das Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren durch σ = 0 ausgedrückt (da es zwei Zustandsgrößen gibt, ist die Hyperebene eine ge rade Linie, wie in 4 gezeigt). Die Koeffizienten s1, s2 (siehe Gleichung (14)) der linearen Funktion σ, welche die Hyperebene σ = 0 bestimmt, werden wie folgt festgesetzt:
    Wenn ein Vektor X (im Folgenden einfach als eine Zustandsgröße X bezeichnet) in Gleichung (14), welcher die Zustandsgrößen VO2(k), VO2(k–1) als Elemente aufweist, auf die Hyperebene σ = 0 konvergieren gelassen wird, hat die lineare Funktion σ einen Wert von "0". Daraus und aus Gleichung (14) wird die folgende Gleichung (15) erhalten:
    Figure 00490001
  • Weil ein durch Gleichung (15) repräsentiertes System ein System ohne Eingaben ist, welches eine Zeitverzögerung erster Ordnung aufweist, ist die Bedingung, welche für die Zustandsgröße X erfüllt sein muss, damit sie stabil auf einen Gleichgewichtspunkt auf der Hyperebene σ konvergieren gelassen wird (einen Punkt, an dem VO2(k) = VO2(k–1) = 0), dass ein Pol des durch Gleichung (15) repräsentierten Systems innerhalb eines Einheitskreises existiert.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform werden daher die Koeffizienten s1, s2 der linearen Funktion σ so festgesetzt, dass sie die folgende Gleichung (16) erfüllen:
    Figure 00490002
  • Der Kürze wegen ist der Koeffizient s1 auf s1 = 1 gesetzt (s2/s1 = s2) und der Koeffizient s2 wird bestimmt, um die Bedingung –1 < s2 < 1 zu bestimmen.
  • Die verarbeitete SLD-Eingabe usl (die Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das durch den LAF-Sensor 5 erfasst ist und dem Referenzwert FLAF/BASE), welche durch die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 entsprechend dem Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren erzeugt werden soll, um die Zustandsgröße X auf den Gleichgewichtspunkt auf der Hyperebene σ = 0 konvergieren zu lassen, wird als die Summe einer äquivalenten Steuer-/Regeleingabe ueq, welche auf das Abgassystem E angewandt werden soll, entsprechend der Kontrollregel zum Konvergieren lassen der Zustandsgröße X auf die Hyperebene σ = 0, einer Eingabe urch (im Folgenden als eine Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch bezeichnet), welche auf das Abgassystem E gemäß der Annäherungs-Kontrollregel angewandt werden soll, um die Zustandsgröße X auf die Hyperebene σ = 0 konvergieren zu lassen, und einer Eingabe uadp (im Folgenden als eine adaptive Kontrollregel-Eingabe uadp bezeichnet), welche auf das Abgassystem gemäß der adaptiven Kontrollregel angewandt werden soll, um die Zustandsgröße X auf die Hyperebene σ = 0 konvergieren zu lassen, ausgedrückt, während der Effekt einer Störung oder ähnlichem kompensiert wird (siehe die folgende Gleichung (17)). Usl = Ueq + Urch + Uadp (17)
  • Die äquivalente Steuer-/Regeleingabe ueq, die Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch und die adaptive Kontrollregel-Eingabe uadp können auf der Basis von Gleichung (1) oder Gleichung (11) wie folgt bestimmt werden:
    Mit Bezug auf die äquivalente Steuer-/Regeleingabe ueq, ist die Bedingung, welche erfüllt sein muss, damit die Zustandsgröße X auf der Hyperebene σ = 0 bleibt, durch σ(k–1) = σ(k) = 0 repräsentiert, und die Bedingung wird in die folgende Gleichung (18) umgeschrieben, unter Verwendung der Gleichungen (11), (14): σ(k + 1) = S·A·X(k) + S·B·kact(k–d) = S·X(k) = σ(k) S·(A–I)·X(k) + S·B·kact(k–d) = 0 (18)
  • Da die äquivalente Steuer-/Regeleingabe ueq eine Eingabe ist (die Differenz zwischen dem vom LAF-Sensor 5 erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Referenzwert FLAF/BASE), welche auf das Abgassystem E angewandt werden soll, um die Zustandsgröße X auf die Hyperebene σ = 0 konvergieren zu lassen, ist die äquivalente Steuer-/Regeleingabe ueq gleich der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5, welche die durch Gleichung (18) ausgedrückte Bedingung erfüllt.
  • Aus Gleichung (18) wird die folgende Gleichung (19) erhalten. Ueq(k–d) = kact(k–d) = –(S·B)–1·{S·(A–I)}·X(k) (19)
  • Indem beide Seiten der Gleichung (19) verschoben werden, wird die folgende Gleichung (20) erhalten:
    Figure 00510001
  • Die Gleichung (20) ist eine grundlegende Formel zum Bestimmen der äquivalenten Steuer-/Regeleingabe ueq in jedem Steuer-/Regelzyklus.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch in Wesentlichen gemäß der folgenden Gleichung (21) bestimmt:
    Figure 00510002
  • Insbesondere wird die Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch proportional zum Wert σ(k + d) der linearen Funktion σ nach der Totzeit d bestimmt, im Hinblick auf den Effekt der Totzeit d.
  • Der Koeffizient F (welcher eine Verstärkung der Annäherungs-Kontrollregel bestimmt) in der Gleichung (21) wird wie folgt bestimmt:
    In der Gleichung (11) ist kact zu kact(k) = ueq(k) + urch(k) gesetzt, und die Gleichungen (14), (20), (21) werden verwendet, um die folgende Gleichung (22) zu erhalten: σ(k + 1) = (1–F)·σ(k) (22)
  • Da ein durch die Gleichung (22) repräsentiertes System ein System ohne Eingaben ist, welches eine Zeitverzögerung erster Ordnung aufweist, ist die Bedingung, welche für den Wert der linearen Funktion σ erfüllt werden muss, damit sie stabil auf die Hyperebene σ = 0 konvergieren gelassen werden kann, d. h. damit die Zustandsgröße S stabil auf die Hyperebene σ = 0 konvergieren gelassen werden kann, dass ein Pol (durch "1–F" repräsentiert) des durch Gleichung (22) repräsentierten Systems innerhalb eines Einheitskreises existiert.
  • Daher wird der Koeffizient F, welcher die Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch bestimmt, festgesetzt, um die durch die folgende Gleichung (23) ausgedrückte Bedingung zu erfüllen: 0 < F < 2 (23)
  • Der Wert der linearen Funktion σ kann sich möglicherweise mit Bezug auf die Hyperebene σ in einer oszillierenden Art und Weise ändern (sogenanntes Flattern). Um ein derartiges Flattern zu unterdrücken, wird bevorzugt, dass der Pol "1–F" des durch die Gleichung (22) repräsentierten Systems die Bedingung 0 < 1–F < 1 zusätzlich zur obigen Bedingung erfüllt:
    Daher wird der Koeffizient F, welcher die Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch bestimmt, festgesetzt, um die durch die folgende Gleichung (24) ausgedrückte Bedingung zu erfüllen: 0 < F < 1 (24)
  • Die adaptive Kontrollregel-Eingabe uadp wird grundsätzlich gemäß der folgenden Gleichung (25) bestimmt (wobei ΔT in der Gleichung (25) die Periode der Steuer-/Regelzyklen repräsentiert):
    Figure 00530001
  • Daher wird die adaptive Kontrollregel-Eingabe uadp proportional zu einem integrierten Wert bestimmt (welcher einem Integral der Werte der linearen Funktion σ entspricht) über Steuer-/Regelzyklen von Werten der linearen Funktion σ bis nach der Totzeit d, im Hinblick auf den Effekt der Totzeit d.
  • Der Koeffizient G (welcher eine Verstärkung der adaptiven Kontrollregel bestimmt) in der Gleichung (25) wird wie folgt bestimmt:
    Wenn angenommen wird, dass eine Fehlerkomponente aufgrund einer Störung oder ähnlichem zwischen dem durch den LAF-Sensor 5 erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD durch v repräsentiert wird, dann kann die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 durch die folgende Gleichung (26) ausgedrückt werden, unter Verwendung der äquivalenten Steuer-/Regeleingabe ueq, der Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch, der adaptiven Kontrollregel-Eingabe uadp und der Fehlerkomponente v: kact(k) = Ueq(k) + Urch(k) + Uadp(k) + v(k) (26)
  • Wenn die Gleichung (26) auf die Gleichung (11) angewandt wird und die Gleichungen (14), (20), (21), (25) verwendet werden, wird die folgende Gleichung (27) erhalten:
    Figure 00540001
  • Wenn beide Seiten der Gleichung (26) Z-transformiert werden, wird die folgende Gleichung (28) erhalten:
    Figure 00540002
  • Die Gleichung (28) kann in die folgende Gleichung (29) abgeändert werden:
    Figure 00540003
  • "Σ" und "V" in den Gleichungen (28), (29) repräsentieren jeweils die lineare Funktion σ und die Fehlerkomponente v, da sie Z-transformiert sind. "M(Z)" in der Gleichung (29) repräsentiert eine Impulstransferfunktion der linearen Funktion σ bezogen auf die Fehlerkomponente v, und wird durch den fraktalen Ausdruck in der oberen Zeile der Gleichung (29) ausgedrückt.
  • Die Bedingung, die die lineare Funktion σ erfüllen muss, um stabil gegenüber der Fehlerkomponente v (Störung) zu sein, ist, dass ein Pol der Impulstransferfunktion M(Z), d. h. Lösungen (es gibt zwei Lösungen) zur charakteristischen Gleichung (30) in einem Einheitskreis existiert. Z2 + (F-2 + G·ΔT)·Z + 1 – F = 0 (30)
  • Die beiden Lösungen der charakteristischen Gleichung (30), durch λm1, λm2 angezeigt, sind jeweils durch die folgenden Gleichungen (31), (32) repräsentiert:
    Figure 00540004
  • Demzufolge ist die Bedingung, welche für die lineare Funktion σ erfüllt werden muss, damit sie stabil gegenüber der Fehlerkomponente v (Störung) ist, dass die jeweils durch die folgenden Gleichungen (31), (32) repräsentierten Lösungen λm1, λm2 in einem Einheitskreis existieren.
  • Um die obige Bedingung zu erfüllen, wird der Koeffizient G gemäß der folgenden Gleichung (33) bestimmt:
    Figure 00550001
  • Bei der ersten Ausführungsform bestimmt die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung grundsätzlich die Summe (ueq + urch + uadp) der äquivalenten Steuer-/Regeleingabe ueq, der Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch und der adaptiven Kontrollregel-Eingabe uadp, welche gemäß den jeweiligen Gleichungen (20), (21), (25) bestimmt sind, als die verarbeitete SLD-Eingabe usl, welche auf das Abgassystem E angewandt werden soll. Die in den Gleichungen (20), (21), (25) verwendeten differentiellen Ausgaben VO2(K + d), VO2(k + d – 1) und der Wert σ(k + d) der linearen Funktion σ, usw. können allerdings nicht tatsächlich erhalten werden, da sie Werte in der Zukunft sind.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform verwendet die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 daher tatsächlich die geschätzten differentiellen Ausgaben VO2(k + d)-quer, VO2(k + d – 1)-quer, welche vom Schätzer 26 bestimmt sind, anstelle der differentiellen Ausgaben VO2(k + d), VO2(k + d – 1) des O2-Sensors 6 zum Bestimmen der äquivalenten Steuer-/Regeleingabe ueq in jedem Steuer-/Regelzyklus gemäß der folgenden Gleichung (34):
    Figure 00550002
  • Gemäß der ersten Ausführungsform verwendet die Sliding-mode Steuer-/ Regelvorrichtung 27 tatsächlich Zeitreihendaten der geschätzten Ausgabe VO2-quer, welche wie beschrieben sequentiell durch den Schätzer 26 bestimmt sind, als eine zu steuernde/regelnde Zustandsgröße, und definiert eine lineare Funktion σ-quer gemäß der folgenden Gleichung (35) (die lineare Funktion σ-quer entspricht Zeitreihendaten der differentiellen Ausgabe VO2 in der Gleichung (14), welche durch Zeitreihendaten der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2-quer ersetzt ist): σ(k) = s[·VO2(k) + s2·VO2(k – 1) (35)
  • Die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 berechnet die Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch in jedem Steuer-/Regelzyklus gemäß der folgenden Gleichung (36), unter Verwendung der linearen Funktion σ-quer, welche durch die folgende Gleichung (35) repräsentiert ist, anstelle des Wertes der linearen Funktion σ zum Bestimmen der Annäherungs-Steuer-/Regeleingabe urch gemäß der Gleichung (21):
    Figure 00560001
  • Auf ähnliche Art berechnet die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 die adaptive Kontrollregel-Eingabe uadp bei jedem Steuer-/Regelzyklus gemäß der folgenden Gleichung (37), unter Verwendung der linearen Funktion σ-quer, welche durch die folgende Gleichung (35) repräsentiert ist, anstelle des Wertes der linearen Funktion σ zum Bestimmen der adaptiven Kontrollregel-Eingabe uadp gemäß Gleichung (25):
    Figure 00560002
  • Die neuesten identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach, b1 (k)-Dach, welche durch den Identifikator 25 identifiziert worden sind, werden grundsätzlich als die Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 verwendet, welche benötigt werden, um die äquivalente Steuer-/Regelein gabe ueq, die Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch und die adaptive Kontrollregel-Eingabe uadp gemäß den Gleichungen (34), (36), (37) zu berechnen.
  • Die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 bestimmt die Summe der äquivalenten Steuer-/Regeleingabe ueq, der Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch und der adaptiven Kontrollregel-Eingabe uadp gemäß den Gleichungen (34), (36), (37) als die verarbeitete SLD-Eingabe usl, welche auf das Abgassystem E angewandt werden soll (siehe die Gleichung (17)). Die Bedingungen zum Festsetzen der Koeffizienten s1, s2, F, G, welche in den Gleichungen (34), (36), (37) verwendet werden, sind wie oben beschrieben.
  • Das obige Verfahren ist ein grundlegender Algorithmus zum Bestimmen der verarbeiteten SLD-Eingabe usl, welche auf das Abgassystem E angewandt werden soll, mit der Steuer-/Regeleinrichtung 27. Gemäß dem obigen Algorithmus wird die verarbeitete SLD-Eingabe usl bestimmt, um die geschätzte differentielle Ausgabe VO2-quer des O2-Sensors 6 auf "0" konvergieren zu lassen, und demzufolge die Ausgabe VO2-quer des O2-Sensors 6 auf den Zielwert VO2/TARGET konvergieren zu lassen.
  • Während die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 letztendlich das Ziel-Luft-Kraftstoff Verhältnis KCMD in jedem Steuer-/Regelzyklus sequentiell bestimmt, bedeutet die derart wie oben beschrieben bestimmte verarbeitete SLD-Eingabe usl einen Zielwert für die Differenz zwischen dem vom LAF-Sensor 5 erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und dem Referenzwert FLAF/BASE. Demzufolge bestimmt die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 letztendlich das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD, indem sie den Referenzwert FLAF/BASE zur bestimmten verarbeiteten SLD-Eingabe usl in jedem Steuer-/Regelzyklus gemäß der folgenden Gleichung (38) addiert: KCMD(k) = Usl(k) + FLAF/BASE = Ueq(k) + Urch(k) + Uadp(k) + FLAF/BASE (38)
  • Das obige Verfahren ist ein grundlegender Algorithmus zum Bestimmen des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD mit der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Bei der ersten Ausführungsform wird die Stabilität des von der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 ausgeführten adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahrens daraufhin überprüft, ob es den Wert der verarbeiteten SLD-Eingabe usl begrenzt. Einzelheiten eines derartigen Prüfverfahrens werden später beschrieben.
  • Die allgemeine Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 15, insbesondere die adaptive Steuer-/Regeleinrichtung 18, werden unten beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt, bewirkt die allgemeine Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 15 ein Rückkopplungs-Steuer-/Regelverfahren, um die Ausgabe KACT (erfasstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis) des LAF-Sensors 5 wie oben beschrieben zum Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis konvergieren zu lassen. Wenn ein derartiges Rückkopplungs-Steuer-/Regelverfahren nur unter der Steuerung/Regelung der bekannten PID-Steuer-/Regeleinrichtung durchgeführt würde, wäre es schwierig, eine stabile Steuer-/Regelbarkeit gegenüber dynamischen Verhaltensänderungen aufrecht zu erhalten, einschließlich Änderungen der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1, charakteristischen Änderungen aufgrund von Alterung des Verbrennungsmotors 1, usw..
  • Die adaptive Steuer-/Regeleinrichtung 18 ermöglicht es, ein Rückkopplungs-Steuer-/Regelverfahren durchzuführen, während dynamische Verhaltensänderungen des Verbrennungsmotors 1 kompensiert werden. Wie in 5 gezeigt umfasst die adaptive Steuer-/Regeleinrichtung 18 eine Parameter-Einstellvorrichtung 28 zum Festsetzen einer Mehrzahl von adaptiven Parametern unter Verwendung der von I. D. Landau et al. vorgeschlagenen Regel, und einen Berechner 29 für verarbeitete Variablen zum Berechnen der verarbeiteten Rückkopplungsvariablen KSTR unter Verwendung der festgesetzten adaptiven Parameter.
  • Die Parameter-Einstellvorrichtung 28 wird unten beschrieben. Gemäß der von I. D. Landau et al. vorgeschlagenen Parameter-Einstellregel ist, wenn Polynome des Nenners und des Zählers einer Transferfunktion B(Z–1)/A(Z–1) eines zu steuernden/regelnden Diskretsystem-Objekts allgemein jeweils durch die unten gegebenen Gleichungen (39), (40) ausgedrückt sind, ein adaptiver Parameter θ-Dach(j) (wobei j die Nummer eines Steuer-/Regelzyklus anzeigt), der durch die Parameter-Einstellvorrichtung 28 festgesetzt ist, durch einen Vektor (transponierten Vektor) repräsentiert, gemäß der unten gegebenen Gleichung (41). Eine Eingabe ξ(j) zur Parameter-Einstellvorrichtung 28 wird durch die unten gegebene Gleichung (42) ausgedrückt. Bei der ersten Ausführungsform wird angenommen, dass der Verbrennungsmotor 1, welcher ein von der allgemeinen Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 15 zu steuerndes/regelndes Objekt ist, als eine Anlage eines Systems erster Ordnung angesehen, welches eine Totzeit dp aufweist, welche drei Steuer-/Regelzyklen entspricht (eine Zeit, welche drei Verbrennungszyklen des Verbrennungsmotors 1 entspricht), und m = n = 1, dp = 3 und fünf adaptive Parameter s0, r1, r2, r3, b0 werden festgesetzt (siehe 5). In den oberen und mittleren Ausdrücken von Gleichung (42) repräsentieren us, ys allgemein eine Eingabe (verarbeitete Variable) des zu steuernden/regelnden Objekts und eine Ausgabe (gesteuerte/geregelte Variable) des zu steuernden/regelnden Objekts. Bei der ersten Ausführungsform ist die Eingabe die verarbeitete Rückkopplungsvariable KSTR und die Ausgabe des Objekts (des Verbrennungsmotors 1) ist die Ausgabe KACT (erfasstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis) des LAF-Sensors 5, und die Eingabe ξ(j) zur Parameter-Einstellvorrichtung 28 wird durch den unteren Ausdruck der Gleichung (42) ausgedrückt (siehe 5)
    Figure 00600001
  • Der adaptive Parameter θ-Dach, welcher durch die Gleichung (41) ausgedrückt ist, besteht aus einem skalaren Größenelement b0-Dach(Z–1, j) zum Bestimmen der Verstärkung der adaptiven Steuer-/Regeleinrichtung 18, einem Steuer-/Regelelement BR-Dach(Z–1, j), welches unter Verwendung einer verarbeiteten Variablen ausgedrückt ist, und einem Steuer-/Regelelement S-Dach(Z–1, j), welches unter Verwendung einer gesteuerten/geregelten Variablen ausgedrückt ist, welche jeweils durch die folgenden Gleichungen (43) – (45) ausgedrückt sind (siehe das in 5 gezeigte Feld des Berechners 29 der verarbeiteten Variable):
    Figure 00600002
  • Die Parameter-Einstellvorrichtung 28 setzt Koeffizienten des skalaren Größenelements und des Steuer-/Regelelements fest, oben beschrieben, und führt diese als der durch Gleichung (26) ausgedrückte Parameter θ-Dach dem Berechner 29 für verarbeitete Variablen zu. Die Parameter-Einstellvorrichtung 28 berechnet den adaptiven Parameter θ-Dach derart, dass die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 mit dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD übereinstimmt, unter Verwendung von Zeitreihendaten der verarbeiteten Rückkopplungsvariablen KSTR von der Gegenwart zur Vergangenheit und der Ausgabe KACT.
  • Insbesondere berechnet die Parameter-Einstellvorrichtung 28 den adaptiven Parameter θ-Dach gemäß der folgenden Gleichung (46):
    Figure 00610001
    wobei Γ(j) eine Verstärkungsmatrix repräsentiert (deren Grad durch m + n + dp angezeigt ist) zum Bestimmen einer Rate zum Festsetzen des adaptiven Parameters θ-Dach, und e*(j) ein geschätzter Fehler des adaptiven Parameters θ-Dach ist. Γ(j) und e*(j) werden jeweils durch die folgenden rekursiven Formeln (47), (48) ausgedrückt:
    Figure 00610002
    wobei 0 < λ1(j) ≤ 1, 0 < λ2(j) < 2, Γ(0) > 0.
    Figure 00610003
    wobei D(Z–1) ein asymptotisch stabiles Polynom zum Einstellen der Konvergenz repräsentiert. Bei der ersten Ausführungsform ist D(Z–1) = 1.
  • Verschiedene spezifische Algorithmen, einschließlich dem degressive-Verstärkung-Algorithmus, dem variable-Verstärkung-Algorithmus, dem „fixedtrace"-Algorithmus und dem feste-Verstärkung-Algorithmus werden erhalten, abhängig davon, wie λ1(j), λ2(j) in der Gleichung (47) sind. Für eine zeitabhängige Anlage, wie beispielsweise einem Kraftstoffeinspnizverfahren, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, oder dergleichen des Verbrennungsmotors 1, ist irgendeiner des degressive-Verstärkung-Algorithmus, des variable-Verstärkung-Algorithmus, des feste-Verstärkung-Algorithmus und des „fixed -trace"-Algorithmus geeignet.
  • Unter Verwendung des adaptiven Parameters θ-Dach(s0, r1, r2, r3, b0), welcher von der Parameter-Einstellvorrichtung 28 festgesetzt ist, und des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD, welches durch den Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-verarbeitete-Variablen-Berechner 13 berechnet ist, bestimmt der Berechner 29 für verarbeitete Variablen die verarbeitete Rückkopplungsvariable KSTR gemäß einer rekursiven Formel, welche durch die folgende Gleichung (49) ausgedrückt ist:
    Figure 00620001
  • Der in 5 gezeigte Berechner 29 für verarbeitete Variablen repräsentiert ein Blockdiagramm der Berechnungen gemäß der Gleichung (49).
  • Die verarbeitete Rückkopplungsvariable KSTR, welche gemäß der Gleichung (49) bestimmt ist, wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD insoweit, als die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 mit dem Ziel-Luft-Kraftstoff Verhältnis KCMD übereinstimmt. Daher wird die verarbeitete Rückkopplungsvariable KSTR vom Teiler 19 durch das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD geteilt, um dadurch die verarbeitete Rückkopplungsvariable kstr zu bestimmen, welche als der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB verwendet werden kann.
  • Wie aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich, ist die derart konstruierte adaptive Steuer-/Regeleinrichtung 18 eine rekursive Steuer-/Regeleinrichtung, welche dynamische Verhaltensänderungen des Verbrennungsmotors 1 berücksichtigt, der ein zu steuerndes/regelndes Objekt ist. Anders ausgedrückt ist die adaptive Steuer-/Regeleinrichtung 18 eine in einer rekursiven Form beschriebene Steuer-/Regeleinrichtung, um dynamische Verhaltensänderungen des Verbrennungsmotors 1 zu kompensieren, und insbesondere eine Steuer-/Regeleinrichtung, welche einen rekursiven adaptiven Parameter-Einstellmechanismus aufweist.
  • Eine Steuer-/Regeleinrichtung dieses Typs kann unter Verwendung eines Optimalwert-Regulierers konstruiert werden. Bei einem solchen Fall weist sie allerdings im Allgemeinen keinen Parameter-Einstellmechanismus auf. Die wie oben beschrieben konstruierte adaptive Steuer-/Regeleinrichtung ist geeignet zum Kompensieren von dynamischen Verhaltensänderungen des Verbrennungsmotors 1.
  • Die Einzelheiten der adaptiven Steuer-/Regeleinrichtung 18 sind oben beschrieben worden.
  • Die PID-Steuer-/Regeleinrichtung 17, welche zusammen mit der adaptiven Steuer-/Regeleinrichtung 18 in der allgemeinen Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 20 vorgesehen ist, berechnet einen Proportionalterm (P-Term), einen Integralterm (I-Term) und einen Ableitungsterm (D-Term) aus der Differenz zwischen der Ausgabe KACT (erfasster Luft-Kraftstoff-Wert) des LAF-Sensors 5 und dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD, und berechnet die Gesamtsumme dieser Terme als die verarbeitete Rückkopplungsvariable KLAF, wie es bei dem allgemeinen PID-Steuer-/Regelverfahren der Fall ist. Bei der ersten Ausführungsform ist die verarbeitete Rückkopplungsvariable KLAF auf "1" gesetzt, wenn die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 mit dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD übereinstimmt, indem ein Ausgangswert des Integralterms (I-Terms) auf "1" gesetzt wird, so dass die verarbeitete Rückkopplungsvariable KLAF als der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB verwendet werden kann, um direkt die Kraftstoffeinspritzmenge zu korrigieren. Die Verstärkungen des Proportionalterms, des Integralterms und des Ableitungsterms werden aus der Drehzahl und dem Einlassdruck des Verbrennungsmotors 1 unter Verwendung eines vorbestimmten Kennfelds bestimmt.
  • Der Umschalter 20 der allgemeinen Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrich tung 15 gibt die durch die PID-Steuer-/Regeleinheit 17 bestimmte verarbeitete Rückkopplungsvariable KLAF als den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge aus, wenn die Verbrennung im Verbrennungsmotor 1 dazu neigt, instabil zu sein, also wenn die Temperatur des Kühlmittels des Verbrennungsmotors 1 niedrig ist, der Verbrennungsmotor 1 mit hohen Drehzahlen läuft oder der Einlassdruck niedrig ist, oder wenn die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 aufgrund einer Ansprechverzögerung des LAF-Sensors 5 nicht verlässlich ist, also wenn sich das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD um einen großen Betrag oder unverzüglich ändert, nachdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungs-Steuer-/Regelverfahren begonnen hat, oder wenn der Verbrennungsmotor 1 sehr stabil betrieben wird, also wenn er im Leerlauf läuft und daher kein Steuer-/Regelverfahren mit großer Verstärkung durch die adaptive Steuer-/Regeleinrichtung 18 erforderlich ist. Sonst gibt der Umschalter 20 die verarbeitete Rückkopplungsvariable kstr aus, welche dadurch erzeugt wird, dass die durch die adaptive Steuer-/Regeleinrichtung 18 bestimmte verarbeitete Rückkopplungsvariable KSTR durch das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD geteilt wird, als den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge. Dies hat den Grund, dass die adaptive Steuer-/Regeleinrichtung 18 ein Steuer-/Regelverfahren mit großer Verstärkung bewirkt und funktioniert, um die Ausgabe KACT (erfasstes Luft-Kraftstoff Verhältnis) des LAF-Sensors 5 schnell zum Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD konvergieren zu lassen, und wenn die von der adaptiven Steuer-/Regeleinrichtung 18 bestimmte verarbeitete Rückkopplungsvariable KSTR verwendet wird, wenn die Verbrennung im Verbrennungsmotor 1 instabil ist oder die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 nicht verlässlich ist, dann neigt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelverfahren dazu, instabil zu sein.
  • Ein derartiger Betrieb des Umschalters wird detailliert in der japanischen veröffentlichten Patentveröffentlichung Nr. 8-105345, welche dem US Patent Nr. 5,558,075 (EP-A-0 697 512) entspricht, und wird im Folgenden nicht detailliert beschrieben.
  • Der Betrieb des Anlagen-Steuer-/Regelsystems wird unten beschrieben.
  • Steuer-/Regelzyklen eines von der Steuer-/Regeleinheit 7 durchgeführten Verarbeitungschritts werden zuerst unten beschrieben. Das Steuern/Regeln der Menge von Kraftstoff (Kraftstoffeinspritrmenge), welche dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt wird, muss synchron mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 sein. Bei der ersten Ausführungsform werden der grundlegende Kraftstoffeinspritzmengenberechner 8, der erste Korrekturkoeffizientenberechner 9, der zweite Korrekturkoeffizientenberechner 10 und die Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 14 in Steuer-/Regelzyklen betrieben, welche synchron mit einer Kurbelwellen-Winkelperiode (sogenannte TDC) des Verbrennungsmotors ist. Ausgabedaten von verschiedenen Sensoren, einschließlich des LAF-Sensors 5 und des O2-Sensors 6 werden ebenfalls synchron mit einer Kurbelwellen-Winkelperiode (sogenannte TDC) des Verbrennungsmotors 1 gelesen.
  • Es wird bevorzugt, dass der Betrieb der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Bestimmen des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD des Abgases stromabwärts des Katalysators 3 in Steuer-/Regelzyklen einer konstanten Periode durchgeführt wird, im Hinblick auf die im Katalysator 3 vorhandene Totzeit, Berechnung von Lasten, usw.. Bei der ersten Ausführungsform werden der obige Betrieb der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Betrieb der Subtraktoren 11, 12 zum Berechnen der differentiellen Ausgaben kact, VO2, welche für den Betrieb der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses benötigt werden, in Steuer-/Regelzyklen einer konstanten Periode durchgeführt (z. B. 30 – 100 ms).
  • Die konstante Periode kann abhängig vom Typ, der Reaktionsrate, des Volumens, usw. des zu steuernden/regelnden Katalysators 3 bestimmt werden. Bei der ersten Ausführungsform ist das Zeitintervall der obigen konstanten Periode so ausgewählt, dass es größer ist als das Zeitintervall der Kurbelwellen-Winkelperiode (TDC), unter Betriebsbedingungen (genauer, bei Motordrehzahlen), bei denen die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses betrieben wird.
  • Zuerst wird ein Verfahren zum Berechnen einer Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout (n = 1, 2, 3, 4) für jeden der Zylinder des Verbrennungsmotors 1 zum Steuern/Regeln der Menge von Kraftstoff, die dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt wird, unten mit Bezug auf 6 und 7 beschrieben. Die Steuer-/Regeleinheit 7 berechnet eine Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout (n = 1, 2, 3, 4) für jeden der Zylinder synchron mit einer Kurbelwellen-Winkelperode des Verbrennungsmotors 1 wie folgt:
    In 6 liest die Steuer-/Regeleinheit 7 Ausgaben von verschiedenen Sensoren, einschließlich des LAF-Sensors 5 und des O2-Sensors 6, in Schritt a. Zu diesem Zeitpunkt werden die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 und die Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6, einschließlich in der Vergangenheit erhaltene Daten, als eine Zeitreihe in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert.
  • Dann korrigiert der grundlegende Kraftstoffeinspritzmengenberechner 8 eine Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der Drehzahl NE und dem Einlassdruck PB des Verbrennungsmotors 1 in Abhängigkeit der effektiven Öffnungsfläche des Drosselventils, wodurch in Schritt b eine grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge Tim berechnet wird. Der erste Korrekturkoeffizientenberechner 9 berechnet einen ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur und der Menge, um die der Kanister geleert ist, in Schritt c.
  • Die Steuer-Regeleinheit 7 entscheidet, ob das durch die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erzeugte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD verwendet werden soll oder nicht, d. h. bestimmt AN/AUS der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und setzt einen Wert eines Flags f/prism/on, welches AN/AUS der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses repräsentiert. Wenn der Wert des Flags f/prism/on "0" ist, bedeutet das, dass das durch die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erzeugte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD nicht verwendet werden soll, und wenn der Wert des Flags f/prism/on "1" ist, bedeutet das, dass das durch die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erzeugte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD verwendet werden soll.
  • Das entscheidende Unterprogramm von Schritt d ist in 7 detailliert gezeigt. Wie in 7 gezeigt, entscheidet die Steuer-/Regeleinheit 7 jeweils in Schritt d-1, Schritt d-2, ob der O2-Sensor 6 und der LAF-Sensor 5 aktiviert werden oder nicht. Wenn weder der O2-Sensor 6 noch der LAF-Sensor 5 aktiviert ist, wird, da erfasste Daten vom O2-Sensor 6 und vom LAF-Sensor 5 zur Verwendung durch die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nicht genau genug sind, der Wert des Flags f/prism/on in Schritt d-10 auf "0" gesetzt.
  • Dann entscheidet die Steuer-/Regeleinheit 7 in Schritt d-3, ob der Verbrennungsmotor 1 mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben wird oder nicht. Die Steuer-/Regeleinheit 7 entscheidet in Schritt d-4, ob der Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors nach hinten verschoben ist, zur frühen Aktivierung des Katalysators 3 direkt nach dem Start des Verbrennungsmotors 1, oder nicht. Die Steuer-/Regeleinheit 7 entscheidet in Schritt d-5, ob das Drosselventil des Verbrennungsmotors 1 vollständig geöffnet ist oder nicht. Die Steuer-/Regeleinheit 7 entscheidet in Schritt d-6, ob die Zufuhr von Kraftstoff zum Verbrennungsmotor 1 unterbrochen ist oder nicht. Wenn irgendeine der Bedingungen dieser Schritte erfüllt ist, dann wird der Wert des Flags f/prism/on in Schritt d-10 auf "0" gesetzt, da es nicht vorteilhaft ist, die Zufuhr von Kraftstoff zum Verbrennungsmotor 1 unter Verwendung des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD zu steuern/regeln, welches durch die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erzeugt ist.
  • Die Steuer-/Regeleinrichtung 7 entscheidet dann in Schritt d-7, Schritt d-8, ob die Drehzahl NE und der Einlassdruck PB des Verbrennungsmotors 1 innerhalb jeweiliger gegebener Bereiche liegen oder nicht. Wenn entweder die Drehzahl NE oder oder der Einlassdruck PB nicht innerhalb ihres/seines gegebenen Bereichs liegt, dann wird der Wert des Flags f/prism/on in Schritt d-10 auf "0" gesetzt, da es nicht vorteilhaft ist, die Zufuhr von Kraftstoff zum Verbrennungsmotor 1 unter Verwendung des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD zu steuern/regeln, welches durch die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erzeugt ist.
  • Wenn die Bedingungen von Schritt d-1, Schritt d-2, Schritt d-7, Schritt d-8 erfüllt sind, und die Bedingungen von Schritt d-3, Schritt d-4, Schritt d-5, Schritt d-6 nicht erfüllt sind, dann wird in Schritt d-9 der Wert des Flags f/prism/on auf "1" gesetzt, um das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu verwenden, das von der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erzeugt ist, um die Zufuhr von Kraftstoff zum Verbrennungsmotor 1 zu steuern/regeln.
  • In 6, nachdem der Wert des Flags f/prism/on gesetzt worden ist, bestimmt die Steuer-/Regeleinheit 7 in Schritt e den Wert des Flags f/prism/on. Wenn f/prism/on = 1, dann liest die Steuer-/Regeleinheit 7 in Schritt f das von der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erzeugte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD. Wenn f/prism/on = 0, dann setzt die Steuer-/Regeleinheit 7 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD in Schritt g auf einen vorbestimmten Wert. Der vorbestimmte Wert, der als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD festzusetzen ist, wird aus der Drehzahl NE und dem Einlassdruck PB des Verbrennungsmotors 1 bestimmt, beispielsweise unter Verwendung eines vorbestimmten Kennfelds.
  • In der lokalen Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 16 berechnet die PID-Steuer-/Regeleinrichtung 22 in Schritt h jeweilige Rückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF, um Variationen zwischen den Zylindern zu eliminieren, basierend auf tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen #nA/F der jeweiligen Zylinder, welche von der Ausgabe KACT des LAF-Sensors durch den Beobachter 21 geschätzt worden sind. Dann berechnet die allgemeine Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 15 in Schritt i einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB.
  • In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 wählt der Umschalter 20 entweder die durch die PID-Steuer-/Regeleinrichtung 17 bestimmte verarbeitete Rückkopplungsvariable KLAF aus, oder die verarbeitete Rückkopplungsvariable kstr, welche durch Teilen der von der adaptiven Steuer-/Regeleinrichtung 18 bestimmten verarbeiteten Rückkopplungsvariable KSTR durch das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD erzeugt worden ist (normalerweise wählt der Umschalter 20 die verarbeitete Rückkopplungsvariable kstr aus). Der Umschalter 20 gibt dann die ausgewählte verarbeitete Rückkopplungsvariable KLAF oder kstr als einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB aus.
  • Wenn der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB von der verarbeiteten Rückkopplungsvariable KLAF von der PID-Steuer-/Regeleinrichtung 17 zur verarbeiteten Rückkopplungsvariable kstr von der adaptiven Steuer-/Regeleinrichtung 18 umgeschaltet wird, bestimmt die adaptive Steuer-/Regeleinrichtung 18 eine verarbeitete Rückkopplungsvariable KSTR derart, dass der Korrekturkoeffizient KFB in der Zykluszeit des Umschaltens solange bei dem vorhergehenden Korrekturkoeffizient KFB (= KLAF) gehalten wird. Wenn der Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB von der verarbeiteten Rückkopplungsvariable kstr von der adaptiven Steuer-/Regeleinrichtung 18 zur verarbeiteten Rückkopplungsvariable KLAF von der PID-Steuer-/Regeleinrichtung 17 umgeschaltet wird, berechnet die PID-Steuer-/Regeleinrichtung 17 einen gegenwärtigen Korrekturkoeffizienten KLAF derart, dass die durch dieselbe bestimmte verarbeitete Rückkopp lungsvariable KLAF in der vorhergehenden Zykluszeit als der vorhergehende Korrekturkoeffizient KFB (= kstr) angesehen wird.
  • Nachdem der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB berechnet worden ist, berechnet der zweite Korrekturkoeffizientenberechner 10 in Schritt j einen zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM in Abhängigkeit des in Schritt f oder Schritt g bestimmten Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD.
  • Dann multipliziert die Steuer-/Regeleinheit 7 in Schritt k die grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge Tim, die wie oben beschrieben bestimmt ist, mit dem ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL, dem zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM, dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB und den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF der jeweiligen Zylinder. Die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmengen #nTout werden dann in Schritt m durch den Kraftstoff-Ansammlungs-Korrektor 23 für angesammelte Kraftstoffpartikel an Einlassrohrwänden des Verbrennungsmotors 1 korrigiert. Die korrigierten Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmengen #nTout werden in Schritt n auf die nicht illustrierten Kraftstoff-Einspritzdüsen des Verbrennungsmotors 1 angewandt.
  • Im Verbrennungsmotor 1 spritzen die Kraftstoff-Einspritzdüsen Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder entsprechend den jeweiligen Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmengen #nTout ein.
  • Die obige Berechnung der Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmengen #nTout und der Kraftstoffeinspritzung des Verbrennungsmotors 1 werden in aufeinander folgenden Zykluszeiten synchron mit der Kurbelwellen-Winkelperiode des Verbrennungsmotors 1 durchgeführt, um die Menge von Kraftstoff (Kraftstoffeinspritzmengen) zu steuern/regeln, welche dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt werden, um die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 (das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches in den Katalysator 3 eingeleitet wird) zum Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD. Während die verarbeitete Rückkopplungsvariable kstr von der adaptiven Steuer-/Regelein richtung 18 als der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB verwendet wird, wird die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 schnell auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD konvergieren gelassen, mit hoher Stabilität gegenüber Verhaltensänderungen, wie beispielsweise Änderungen der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 oder charakteristische Änderungen desselben.
  • Gleichzeitig mit der obigen Kraftstoff-Steuerung/Regelung für den Verbrennungsmotor 1 führt die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ein in 8 gezeigtes Hauptprogramm in Steuer-/Regelzyklen einer konstanten Periode aus.
  • Wie in 8 gezeigt entscheidet die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, ob ihre eigene Verarbeitung (die Verarbeitung des Identifikators 25, des Schätzers 26 und der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27) ausgeführt werden soll oder nicht, und setzt in Schritt 1 einen Wert eines Flags f/prim/cal, welcher anzeigt, ob die Verarbeitung ausgeführt werden soll oder nicht. Wenn der Wert des Flags f/prim/cal "0" ist, bedeutet das, dass die Verarbeitung der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nicht ausgeführt werden soll, und wenn der Wert des Flags f/prim/cal "1" ist, bedeutet das, dass die Verarbeitung der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt werden soll.
  • Das entscheidende Unterprogramm in Schritt 1 ist detailliert in 9 gezeigt. Wie in 9 gezeigt, entscheidet die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses jeweils in Schritt 1-1, Schritt 1-2, ob der O2-Sensor 6 und der LAF-Sensor 5 aktiviert sind oder nicht. Wenn weder der O2-Sensor 6 noch der LAF-Sensor 5 aktiviert sind, wird in Schritt 1-6 der Wert des Flags f/prism/cal auf "0" gesetzt, da erfasste Daten von dem O2-Sensor 6 und dem LAF-Sensor 5 zur Verwendung durch die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff- Verhältnisses nicht genau genug sind. Dann wird, um wie später beschrieben den Identifikator 25 zu initialisieren, der Wert eines Flags f/id/reset, welches anzeigt, ob der Identifikator initialisiert werden soll oder nicht, in Schritt 1-7 auf "1" gesetzt. Wenn der Wert des Flags f/id/reset "1" ist, bedeutet das, dass der Identifikator 25 initialisiert werden soll, und wenn der Wert des Flags f/id/reset "0" ist, bedeutet das, dass der Identifikator 25 nicht initialisiert werden soll.
  • Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entscheidet in Schritt 1-3, ob der Verbrennungsmotor 1 mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben wird oder nicht. Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entscheidet in Schritt 1-4, ob der Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors 1 für eine frühe Aktivierung des Katalysators 3 direkt nach dem Anlassen des Verbrennungsmotors 1 verzögert ist oder nicht. Wenn die Bedingungen dieser Schritte erfüllt sind, dann wird, da das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD, welches berechnet wird, um die Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors auf den Zielwert VO2/TARGET einzustellen, zur Kraftstoff-Steuerung/Regelung des Verbrennungsmotors 1 nicht verwendet wird, in Schritt 1-6 der Wert des Flags f/id/cal auf "0" gesetzt, und der Wert des Flags f/id/reset wird in Schritt 1-7 auf "1" gesetzt, um den Identifikator 25 zu initialisieren.
  • In 8 entscheidet die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach dem obigen Entscheidungs-Unterprogramm in Schritt 2, ob ein Verfahren zum Identifizieren (Aktualisieren) der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 mit dem Identifikator 25 ausgeführt werden soll oder nicht, und setzt einen Wert eines Flags f/id/cal, welcher anzeigt, ob das Verfahren des Identifizierens (Aktualisierens) der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 ausgeführt werden soll oder nicht. Wenn der Wert des Flags f/id/cal "0" ist, bedeutet das, dass das Verfahren des Identifizierens (Aktualisierens) der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 nicht ausgeführt werden soll, und wenn der Wert des Flags f/id/cal "1" ist, bedeu tet das, dass das Verfahren des Identifizierens (Aktualisierens) der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 ausgeführt werden soll.
  • Das Entscheidungs-Unterprogramm von Schritt 2 ist in 10 im Detail gezeigt.
  • Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entscheidet in Schritt 2-1, ob das Drosselventil des Verbrennungsmotors 1 vollständig geöffnet ist oder nicht. Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entscheidet in Schritt 2-2, ob die Zufuhr von Kraftstoff zum Verbrennungsmotor 1 unterbrochen ist oder nicht. Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entscheidet in Schritt 2-3, ob der Verbrennungsmotor 1 im Leerlauf läuft oder nicht. Wenn irgendeine der Bedingungen dieser Schritte erfüllt ist, dann wird, da es schwierig ist, die Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 geeignet einzustellen, der Wert des Flags f/id/cal in Schritt 2-5 auf "0" gesetzt. Wenn keine der Bedingungen dieser Schritte erfüllt ist, dann wird der Wert des Flags f/id/cal in Schritt 2-4 auf "1" gesetzt, um die Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 mit dem Identifikator 25 zu identifizieren (aktualisieren).
  • Unter Bezugnahme zurück auf 8, erlangt die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 3 die neuesten differentiellen Ausgaben kact(k) (= KACT – FLAF/BASE), VO2(k) (= VO2/OUT – VO2/TARGET) jeweils von den Subtraktoren 11, 12. Insbesondere wählen die Subtraktoren 11, 12 die neuesten der Zeitreihendaten aus, welche in Schritt a, der in 6 gezeigt ist, im nicht gezeigten Speicher gelesen und gespeichert sind, berechnen die differentiellen Ausgaben kact(k), VO2(k), und geben die berechneten differentiellen Ausgaben kact(k), VO2(k) an die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff Verhältnisses. Die an die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gegebenen differentiellen Ausgaben kact(k), VO2(k), sowie in der Vergangenheit gegebene Daten, werden als Zeitreihen in einem (nicht gezeigten) Speicher in der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gespeichert.
  • Dann bestimmt die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses den in Schritt 1 gesetzten Wert des Flags f/prism/cal. Wenn der Wert des Flags f/prism/cal "0" ist, d. h. wenn die Verarbeitung der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nicht ausgeführt werden soll, dann setzt die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 12 die verarbeitete SLD-Eingabe usl, welche durch die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 für das Abgassystem E bestimmt werden soll, auf einen vorbestimmten Wert. Der vorbestimmte Wert kann ein fester Wert sein (z. B. "0") oder der Wert der verarbeiteten SLD-Eingabe usl, welcher in einem vorhergehenden Steuer-/regelzyklus bestimmt worden ist. Nachdem die verarbeitete SLD-Eingabe usl in Schritt 12 zu dem vorbestimmten Wert gesetzt worden ist, addiert die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 13 den Referenzwert FLAF/BASE zur verarbeiteten SLD-Eingabe usl, um dadurch im gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu bestimmen. Dann ist die Verarbeitung im gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus beendet.
  • Wenn in Schritt 4 der Wert des Flags f/prism/cal "1" ist, d. h. wenn die Verarbeitung der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt werden soll, dann bewirkt die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 5 die Verarbeitung des Identifikators 25.
  • Das Verarbeitungs-Unterprogramm von Schritt 5 ist in 11 im Detail gezeigt.
  • Der Identifikator 25 bestimmt in Schritt 5-1 den Wert des in Schritt 2 gesetz ten Flags f/id/cal. Wenn der Wert des Flags f/id/cal "0" ist, dann geht die Steuerung/Regelung sofort zurück zum in 8 gezeigten Hauptprogramm, da das Verfahren der Identifikation der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 mit dem Identifikator 25 nicht durchgeführt wird. Wenn der Wert des Flags f/id/cal "1" ist, dann bestimmt der Identifikator 25 in Schritt 5-2 den Wert des in Schritt 1 gesetzten Flags f/id/reset bezüglich der Initialisierung des Identifikators 25. Wenn der Wert des Flags f/id/reset "1" ist, wird der Identifikator 25 in Schritt 5-3 initialisiert. Wenn der Identifikator 25 initialisiert wird, werden die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach zu vorbestimmten Ausgangswerten gesetzt (der identifizierte Verstärkungskoeffizientenvektor ϴ gemäß Gleichung (3) wird initialisiert), und die Elemente der Matrix P (Diagonalmatrix) gemäß Gleichung (9) werden zu vorbestimmten Ausgangswerten gesetzt. Der Wert des Flags f/id/reset wird auf "0" zurückgesetzt.
  • Dann berechnet der Identifikator 25 in Schritt 5-4 die identifizierte differentielle Ausgabe VO2(k)-Dach des O2-Sensors 6 im Diskretsystem-Modell (siehe die Gleichung (2)) des Abgassystems E, welches unter Verwendung der gegenwärtigen identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k – 1)-Dach, a2(k–1)-Dach und b1(k–1)-Dach ausgedrückt ist, gemäß Gleichung (2) oder der dazu äquivalenten Gleichung (5), unter Verwendung der vergangenen Daten VO2(k–1), VO2(k–2), kact(k–d–1) der differentiellen Ausgaben VO2, kact, welche in jedem Steuer-/Regelzyklus in Schritt 3 erhalten worden sind, und der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k–1)-Dach, a2(k–1)-Dach und b1 (k–1)-Dach.
  • Der Identifikator 25 berechnet in Schritt 5-5 dann den Vektor Kθ(k), welcher verwendet werden soll, um die neuen identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach und b1-Dach zu bestimmen. Danach wird wie unten beschrieben in Schritt 5-6 ein Managementverfahren für den Identifikator 25 durchgeführt.
  • Die Beziehung zwischen dem Verhalten der Ausgabe VO2/OUT oder der dif ferentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 und der Identifikation der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 des Diskretsystem-Modells des Abgassystems E mit dem Identifikator 25 wird unten beschrieben.
  • Wie in 12 gezeigt, zeigt die Ausgabe VO2/OUT oder die differentielle Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 das Luft-Kraftstoff Verhältnis des Abgases an, welches den Katalysator 3 passiert hat. Im Allgemeinen ändert sich, wie in 12 gezeigt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases schnell von einer mageren Seite zu einer fetten Seite, d. h. eine zeitabhängige Änderung der Ausgabe VO2/OUT oder der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 ist relativ groß, und ändert sich allmählich von einer fetten Seite zu einer mageren Seite, d. h. eine zeitabhängige Änderung der Ausgabe VO2/OUT oder der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 ist relativ klein. Gemäß der Ergebnisse der Erfinder der vorliegenden Erfindung können die identifizierten Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 zu klein werden, um geeignete identifizierte Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach zu erhalten, wenn die Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 unter Verwendung der Ausgabe VO2/OUT oder der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 identifiziert werden sollen, wenn die zeitabhängige Änderung der Ausgabe VO2/OUT oder der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 relativ klein ist.
  • Bei der ersten Ausführungsform identifiziert (aktualisiert) der Identifikator 25 die Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1, wenn sich das durch die Ausgabe VO2/OUT oder die differentielle Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 repräsentierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert. Das Managementverfahren für den Identifikator 25 ist ein Verfahren zum Bestimmen des obigen Verhaltens des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welches durch die Ausgabe VO2/OUT oder die differentielle Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 repräsentiert ist.
  • Bei dem Steuer-/Regelverfahren unter Verwendung des adaptiven Slidingmode Steuer-/Regelverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform ändert sich, wie in 13 gezeigt, wenn ein Ausgangszustand der Zustandsgröße X (VO2(k), VO2(k–1)) der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 durch einen Punkt Q angezeigt ist, die Zustandsgröße X wie durch eine Bahnlinie W gezeigt, bezogen auf die Hyperebene σ = 0. Grundsätzlich repräsentiert in 13 die Art und Weise, mit der sich die Zustandsgröße X oberhalb der Hyperebene σ = 0 ändert (zu diesem Zeitpunkt ist der Wert der durch die Zustandsgröße X definierten linearen Funktion σ positiv), die Art und Weise, mit der sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches den Katalysator 3 passiert hat, von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert, und die Art und Weise, mit der sich die Zustandsgröße X unterhalb der Hyperebene σ = 0 ändert (zu diesem Zeitpunkt ist der Wert der durch die Zustandsgröße X definierten linearen Funktion σ negativ), repräsentiert die Art und Weise, mit der sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches den Katalysator 3 passiert hat, von einer fetten Seite zu einer mageren Seite ändert.
  • Daher kann grundsätzlich beurteilt werden, ob sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches den Katalysator 3 passiert hat, von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert, indem entschieden wird, ob der Wert der linearen Funktion σ positiv ist oder nicht. Wenn allerdings beurteilt wird, ob sich das Verhalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert, indem entschieden wird, ob der Wert der linearen Funktion σ positiv ist oder nicht, dann kann sich das Beurteilungsergebnis ändern, wenn sich die Zustandsgröße X etwas von der Hyperebene σ = 0 ändert. Es wird daher nicht bevorzugt, sich auf das Beurteilungsergebnis zu verlassen, um die Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 stabil zu identifizieren (aktualisieren).
  • Gemäß der ersten Ausführungsform wird eine Managementfunktion γ eingeführt, welche unter Verwendung der Zeitreihendaten der differentiellen Ausgabe VO2 gemäß der folgenden Gleichung (50) definiert ist: γ(k) = m1·VO2(k) + m2·VO2(k–1) + m3 (50)
  • Die Koeffizienten m1, m2, m3 der Managementfunktion γ werden derart festgesetzt, dass eine Hyperebene zum Management, welche durch γ = 0 ausgedrückt ist, etwas oberhalb der Hyperebene σ = 0 zur Sliding-mode Steuerung/Regelung existiert, d. h. in einem Bereich, in dem σ > 0. Bei der ersten Ausführungsform ist der Koeffizient m1 der Managementfunktion γ auf "1" gesetzt, um mit der Tatsache übereinzustimmen, dass der Koeffizient s1 der linearen Funktion σ auf "1" gesetzt ist.
  • Mit der eingeführten Managementfunktion γ ändert sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases verlässlich von einer mageren zu einer fetten Seite wenn γ ≥ 0. Ob sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf diese Art und Weise verhält, kann stabil beurteilt werden, indem entschieden wird, ob der Wert der Managementfunktion γ positiv ist (einschließlich "0") oder nicht.
  • Das Managementverfahren für den Identifikator 25 in Schritt 5-6 dient dazu, zu entscheiden, ob sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch die differentielle Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 repräsentiert ist, von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert oder nicht, d. h. ob das Änderungsverhalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zum Identifizieren (Aktualisieren) der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 mit dem Identifikator 25 bevorzugt ist oder nicht, unter Verwendung der derart definierten Managementfunktion γ.
  • Das Management-Unterprogramm für den Identifikator 25 ist in 14 im Detail illustriert.
  • Wie in 14 gezeigt, berechnet der Identifikator 25 in Schritt 5-6-1 den Wert der Managementfunktion γ gemäß der Gleichung (50), unter Verwendung der neuesten differentiellen Ausgabe VO2(k), welche in Schritt 3 erhalten wurde (siehe 8), und der differentiellen Ausgabe VO2(k–1) im gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus.
  • Dann entscheidet der Identifikator 25 in Schritt 5-6-2, ob γ ≥ 0 oder nicht.
  • Wenn γ ≥ 0, dann setzt der Identifikator 25 in Schritt 5-6-3 den Wert eines Flags f/id/mng, welches anzeigt, ob sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert oder nicht, auf "1". Wenn γ < 0, dann setzt der Identifikator 25 in Schritt 5-6-4 den Wert des Flags f/id/mng auf "0".
  • Daher wird durch den Wert des Flags f/id/mng angezeigt, ob sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert oder nicht, d. h. ob das Änderungsverhalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zum Identifizieren (Aktualisieren) der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 mit dem Identifikator 25 bevorzugt ist oder nicht.
  • Unter Bezugnahme zurück auf 11, bestimmt der Identifikator 25, nachdem er sein eigenes Managementverfahren bewirkt hat, in Schritt 5-7 den Wert des Flags f/id/mng, der im Managementverfahren gesetzt worden ist. Wenn der Wert des Flags f/id/mng "1" ist, d. h. wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches den Katalysator 3 passiert hat, von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert, d. h. wenn das Änderungsverhalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zum Identifizieren (Aktualisieren) der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 mit dem Identifikator 25 bevorzugt ist, dann berechnet der Identifikator 25 in Schritt 5-8 den identifizierten Fehler id/e, d. h. die Differenz zwischen der identifizierten differentiellen Ausgabe VO2-Dach vom O2-Sensor 6 im Diskretsystem-Modell und der tatsächlichen differentiellen Ausgabe VO2 (siehe die Gleichung (5)). Wenn der Wert des Flags f/id/mng "0" ist, dann setzt der Identifikator 25 in Schritt 5-9 den Wert des identifizierten Fehlers id/e zwangsweise auf "0".
  • Dann berechnet der Identifikator 25 in Schritt 5-10 einen neuen Verstärkungskoeffizientenvektor ϴ(k), d. h. neue identifizierte Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach, b1(k)-Dach gemäß der Gleichung (7), unter Verwendung des identifizierten Fehlers id/e, welcher in Schritt 5-8 oder Schritt 5-9 erhalten wurde und von Kθ, das in Schritt 5-5 berechnet wurde.
  • Der in Schritt 5-8 erhaltene identifizierte Fehler 5-8 kann grundsätzlich gemäß Gleichung (6) berechnet werden. In der ersten Ausführungsform werden allerdings, wie in 15(a) gezeigt, die differentielle Ausgabe VO2, die in jedem Steuer-/Regelzyklus in Schritt 3 erhalten wird (siehe 8), und die identifizierte differentielle Ausgabe VO2-Dach, welche in jedem Steuer-/Regelzyklus in Schritt 5-4 berechnet wird, mit den gleichen Charakteristiken gefiltert, und dann wird in Schritt 5-8 der identifizierte Fehler id/e berechnet.
  • Insbesondere weisen, wie in 16 gezeigt, die Frequenzcharakteristiken einer Verstärkung einer Ausgabenänderung des Abgassystems E, einschließlich des Katalysators 3 (eine Änderung der Ausgabe VO2/OUT oder der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6) bezogen auf eine Eingabenänderung des Abgassystems E (eine Änderung der Ausgabe KACT oder der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5) Tiefpass-Charakteristiken auf, mit einem Durchlassbereich für einen niedrigfrequenten Bereich C, wie durch die Kurve mit durchgezogener Linie angezeigt. Daher ist es notwendig, dem niedrigfrequenten Bereich Bedeutung beizumessen beim Bestimmen des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD (des Zielwerts für die Eingabe des Abgassystems E) mit der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27, zum Steuern/Regeln der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 (der Ausgabe des Abgassystems E) am Zielwert VO2/TARGET.
  • Da die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 grundsätzlich dazu dient, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD unter Verwendung der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 des Diskretsystem-Modells zu bestimmen, welche durch den Identifikator 25 gemäß der Gleichung (7) identifiziert sind, d. h. der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach, sollten die Frequenzcharakteristiken des Diskretsystem-Modells, welche durch die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach bestimmt sind, vorzugsweise Frequenzcharakteristiken (die Tief pass-Charakteristiken mit dem Durchlassbereich für den niedrigfrequenten Bereich C) sein, welche den gleichen Trend aufweisen, wie die tatsächlichen Frequenzcharakteristiken des Abgassystems E.
  • Das Verfahren zum Identifizieren der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 des Diskretsystem-Modells mit dem Identifikator 25 (siehe die Gleichungen (7) – (9)) ist in Richtung auf höhere Frequenzen gewichtet als das Niedrigfrequenzband C, wie durch die Phantomlinie in 16 angezeigt, weil das Abgassystem E Tiefpass-Charakteristiken aufweist. Wenn daher die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach direkt bestimmt würden, unter Verwendung des identifizierten Fehlers id/e, welcher direkt unter Verwendung der identifizierten differentiellen Ausgabe VO2-Dach und der differentiellen Ausgabe VO2 bestimmt ist, dann würden die Frequenzcharakteristiken des durch die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach bestimmten Diskretsystem-Modells nicht mit den tatsächlichen Frequenzcharakteristiken des Abgassystems E übereinstimmen, sondern würden den Verstärkungscharakteristiken des Abgassystems E außerhalb des Niedrigfrequenzbereichs C Bedeutung beimessen. Insbesondere würde die Verstärkung des Diskretsystem-Modells im Niedrigfrequenzbereich C dazu neigen, kleiner zu sein als die tatsächliche Verstärkung des Abgassystems E.
  • Bei der ersten Ausführungsform werden die differentielle Ausgabe VO2 und die identifizierte differentielle Ausgabe VO2-Dach mit Charakteristiken (Tiefpass-Charakteristiken) gefiltert, wobei der Niedrigfrequenzbereich C gewichtet ist, wie durch die Strichpunktlinie in 16 angezeigt, und dann wird in Schritt 5-8 der identifizierte Fehler id/e berechnet.
  • Das Filtern mit den Tiefpass-Charakteristiken wird durchgeführt, indem die in Schritt 3 erhaltene differentielle Ausgabe VO2 (siehe 8) und die identifizierte differentielle Ausgabe VO2-Dach, die in Schritt 5-4 berechnet worden ist, als Zeitreihen gespeichert werden, und indem bei jedem Steuer-/Regelzyklus ein arithmetischer Mittelwert oder ein gewichteter arithmetischer Mittelwert einer bestimmten Anzahl der Daten berechnet wird, von der Gegenwart in die Vergangenheit, von Zeitreihendaten der differentiellen Ausgabe VO2 und der identifizierten differentiellen Ausgabe VO2-Dach. Dieses Filterverfahren ist ein Typ eines digitalen Filterverfahrens, und wird im allgemeinen als das Verfahren des gleitenden Durchschnitts bezeichnet. Der identifizierte Fehler id/e wird in Schritt 5-8 berechnet, indem der gefilterte Wert der identifizierten differentiellen Ausgabe VO2-Dach vom gefilterten Wert der differentiellen Ausgabe VO2 subtrahiert wird.
  • Gemäß dem obigen Filterverfahren ist es möglich, die Frequenzcharakteristiken des Diskretsystem-Modells, das durch die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach bestimmt ist, die aus dem identifizierten Fehler id/e gemäß der Gleichung (7) bestimmt sind, in die Frequenzcharakteristiken umzuwandeln, die den gleichen Trend aufweisen wie die tatsächlichen Frequenzcharakteristiken des Abgassystems E, wie beispielsweise in 17(a) gezeigt.
  • Bei der ersten Ausführungsform wird, wie in 17(a) gezeigt, die Gewichtung des Filterverfahrens derart festgesetzt, dass die Verstärkung bei jeder Frequenz des Diskretsystem-Modells im Ganzen etwas größer ist als die Verstärkung bei jeder Frequenz des Abgassystems E. Wenn die Gewichtung des Filterverfahrens derart festgesetzt ist, ist eine Eingabenänderung (eine Änderung der Ausgabe KACT oder der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5), welche eine Ausgabenänderung verursacht (eine Änderung der Ausgabe VO2/OUT oder der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6) im Diskretsystem-Modell kleiner als im Abgassystem E. Demzufolge hat die verarbeitete SLD-Eingabe usl, welche als eine Eingabe, die auf das Abgassystem E angewandt werden soll, durch die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 unter Verwendung der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach des Diskretsystem-Modells bestimmt ist, einen kleinen Wert bei jeder Frequenz. Als ein Ergebnis kann die Konvergenz der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 zum Zielwert VO2/TARGET mit verbesserter Stabilität gesteuert/geregelt werden.
  • Bei der ersten Ausführungsform wird, wie in 17(a) gezeigt die Gewichtung des Filterverfahrens derart bestimmt, dass die Verstärkung bei jeder Frequenz des Diskretsystem-Modells im Ganzen etwas größer ist als die Verstärkung bei jeder Frequenz des Abgassystems E, wie oben beschrieben. Wenn allerdings die Frequenzcharakteristiken der Verstärkung des Diskretsystem-Modells im Niedrigfrequenzbereich C im Wesentlichen gleich den Frequenzcharakteristiken der Verstärkung des Abgassystems E sind, dann kann die Gewichtung des Filterverfahrens derart festgesetzt werden, dass die Verstärkung des Diskretsystem-Modells in einem Frequenzbereich, der höher liegt als der Niedrigfrequenzbereich C etwas größer als die Verstärkung des Abgassystems E ist, wie es bei der in 17(a) gezeigten Gewichtung der Fall ist.
  • Mit der obigen Einstellung der Gewichtung kann die Konvergenz der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 auf den Zielwert VO2/TARGET mit verbesserter Stabilität in Frequenzen, die höher sind als der Niedrigfrequenzbereich C gesteuert/geregelt werden (einem Frequenzbereich, in dem die Verstärkung des Abgassystems E relativ niedrig ist), wie es bei der in 17(a) gezeigten Gewichtung der Fall ist. Im Niedrigfrequenzbereich C, welcher für die Konvergenz-Steuerung/Regelung von Bedeutung ist, kann die verarbeitete SLD-Eingabe usl, welche mit den tatsächlichen Charakteristiken des Abgassystems E übereinstimmt, durch die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 bestimmt werden. Demzufolge kann die Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 zum Zielwert VO2/TARGET mit einer schnellen Folgeleistung konvergieren gelassen werden, d. h. mit einem schnellen Ansprechen.
  • Bei der ersten Ausführungsform werden, wie in 15(a) gezeigt, die differentielle Ausgabe VO2 und die identifizierte differentielle Ausgabe VO2-Dach gefiltert, und dann wird der identifizierte Fehler id/e berechnet. Wie in 15(b) gezeigt können allerdings, bevor die identifizierte differentielle Ausgabe VO2-Dach in Schritt 5-4 berechnet wird, die differentiellen Ausgaben kact, VO2, welche zum Berechnen der identifizierten differentiellen Ausgabe VO2- Dach verwendet werden, mit den gleichen Charakteristiken gefiltert werden, und der identifizierte Fehler id/e kann aus der identifizierten differentiellen Ausgabe VO2 hat, die gemäß der Gleichung (5) aus den gefilterten Werten berechnet ist, und dem Wert der differentiellen Ausgabe VO2, welcher vorher gefiltert worden ist, berechnet werden. Alternativ kann, wie in 15(c) gezeigt, der identifizierte Fehler id/e gemäß Gleichung (6) direkt unter Verwendung der identifizierten differentiellen Ausgabe VO2-Dach, welche direkt unter Verwendung der differentiellen Ausgaben kact, VO2 berechnet ist, und der differentiellen Ausgabe VO2 berechnet werden, wobei der identifizierte Fehler id/e danach gefiltert wird. Zum Berechnen des identifizierten Fehlers id/e können demzufolge die differentielle Ausgabe VO2 und die identifizierte differentielle Ausgabe VO2-Dach mit den gleichen Charakteristiken gefiltert werden, und der Zeitpunkt eines derartigen Filterverfahrens kann beliebig ausgewählt werden.
  • Unter Bezugnahme zurück auf 11, bewertet, nachdem der Identifikator 25 die Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach (den identifizierten Verstärkungskoeffizientenvektor ϴ) berechnet hat, der Identifikator 25 in Schritt 5-11 die berechneten identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach. Das Bewertungs-Unterprogramm von Schritt 5-11 ist in 18 im Detail gezeigt. Wie in 18 gezeigt, entscheidet der Identifikator 25 in Schritt 5-11-1, ob der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1-Dach in einen vorbestimmten Bereich fällt oder nicht, um dadurch die Stabilität des Identifikationsverfahrens des Identifikators 25 zu bestimmen. Wenn der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1-Dach in den vorbestimmten Bereich fällt, dann entscheidet der Identifikator 25 in Schritt 5-11-3, ob der Betrag (absolute Wert) des identifizierten Fehlers id/e, welcher in Schritt 5-8 berechnet worden ist, einen ausreichend kleinen Wert kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ε0 hat, d. h. ob der identifizierte Fehler id/e im Wesentlichen auf "0" konvergiert ist und die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach definitiv bestimmt worden sind oder nicht. Wenn |id/e| ≤ ε0, dann kehrt die Steuerung/Regelung zurück zu dem in 11 ge zeigten Programm.
  • Wenn der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1-Dach in Schritt 5-11-1 nicht in den vorbestimmten Bereich fällt, dann wird geschlossen, dass das Verfahren zur Identifikation der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 mit dem Identifikator 25 instabil ist, wodurch es schwierig wird, geeignete Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach zu bestimmen. Daher wird, wie im Fall von Schritt 5-3, der Identifikator 25 in Schritt 5-11-2 initialisiert, und der Wert eines Zeitzählers tm (herunterzählender Zeitmesser), welcher zum Bestimmen der Stabilität des Sliding-mode Steuer-/Regelverfahrens bestimmt werden soll, wird in Schritt 5-11-4 auf einen vorbestimmten Ausgangswert TM gesetzt, d. h. der Zeitzähler tm wird gestartet. Wenn in Schritt 5-11-3 |id/e| > ε0, d. h. wenn die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach nicht definitiv bestimmt worden sind, dann wird die Verarbeitung in Schritt 5-11-4 ausgeführt, um den Wert des Zeitzählers tm auf den Ausgangswert TM zu setzen, d. h. der Zeitzähler tm wird gestartet.
  • Bei der ersten Ausführungsform wird entschieden, ob der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1-Dach in den vorgegebenen Bereich fällt oder nicht, um die Stabilität des Identifikationsverfahrens des Identifikators 25 zu bestimmen. Die anderen identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach können allerdings auf ähnliche Art bewertet werden, und wenn ihre Werte unangemessen sind, kann das Identifikationsverfahren des Identifikators 25 als instabil beurteilt werden, gefolgt von der Verarbeitung in Schritt 5-11-2 und Schritt 5-11-4.
  • Unter Bezugnahme zurück auf 11, bestimmt, nachdem der Identifikator 25 den identifizierten Verstärkungskoeffizientenvektor ϴ bewertet hat, der Identifikator 25 in Schritt 5-12 den Wert des Flags f/id/mng, welches in Schritt 5-6 gesetzt worden ist. Wenn der Wert des Flags f/id/mng "1" ist, d. h. wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, welches den Katalysator 3 passiert hat, von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert, d. h. wenn das Änderungsverhalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zum Identifizieren (Aktualisieren) der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 bevorzugt wird, dann berechnet der Identifikator 25 in Schritt 5-13 die Matrix P(k) gemäß der Gleichung (9) zum Verarbeiten eines nächsten Steuer-/Regelzyklus, wonach die Steuerung/Regelung zum in 8 gezeigten Hauptprogramm zurückkehrt. Wenn der Wert des Flags f/id/mng "0" ist, behält der Identifikator 25 in Schritt 5-14 die Matrix P(k) gemäß der Gleichung (9) bei, zur Verarbeitung eines nächsten Steuer-/Regelzyklus für die gegenwärtige Matrix P(k–1), wonach die Steuerung/Regelung zum in 8 gezeigten Hauptprogramm zurückkehrt.
  • Das Verarbeitungs-Unterprogramm von Schritt 5 für den Identifikator 25 wurde oben beschrieben.
  • In 8 bestimmt, nachdem die Verarbeitung des Identifikators 25 durchgeführt worden ist, die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 6 die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1. Das Bestimmungs-Unterprogramm von Schritt 6 ist im Detail in 19 gezeigt. Wie in 19 gezeigt, bestimmt die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses den in Schritt 2 gesetzten Wert des Flags f/id/cal in Schritt 6-1. Wenn der Wert des Flags f/id/cal "1" ist, d. h. wenn die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 durch den Identifikator 25 identifiziert worden sind, dann werden die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 zu den entsprechenden Werten gesetzt, die erzeugt werden, indem die identifizierten Verstärkungskoeffzienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach, welche durch den Identifikator 25 in Schritt 5-10 bestimmt worden sind (siehe 11), in Schritt 6-2 mit jeweiligen Skalierungskoeffizienten g1, g2, g3 skaliert werden. Bei der ersten Ausführungsform hat jeder der Skalierungskoeffizienten g1, g2, g3 einen Wert von "1".
  • Wenn der Wert des Flags f/id/cal "0" ist, d. h. wenn die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 nicht vom Identifikator 25 identifiziert worden sind, dann werden die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 in Schritt 6-3 jeweils zu vorbestimmten Werten gesetzt.
  • Dann bewirkt die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einen Verarbeitungschritt des Schätzers 26, d. h. berechnet die geschätzte differentielle Ausgabe VO2-quer, in Schritt 7 des in 8 gezeigten Hauptprogramms.
  • Das Berechnungs-Unterprogramm von Schritt 7 ist im Detail in 20 gezeigt. Wie in 20 gezeigt, berechnet der Schätzer 26 in Schritt 7-1 die Koeffizienten α1, α2, βj (j = 1, 2, ..., d), welche in der Gleichung (13) verwendet werden sollen, unter Verwendung der in Schritt 6 bestimmten Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 (siehe die Gleichungen (11), (12)). Dann filtert der Schätzer 26 in Schritt 7-2 mit den Tiefpass-Charakteristiken die differentielle Ausgabe kact (erhalten in Schritt 3) des LAF-Sensors 5, welche in der Gleichung (13) verwendet werden soll. Danach berechnet der Schätzer 26 in Schritt 7-3 die geschätzte differentielle Ausgabe VO2(k + d)-quer (geschätzter Wert der differentiellen Ausgabe VO2 nach der Totzeit d von der Zeit des gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus) gemäß der Gleichung (13), unter Verwendung der Zeitreihendaten des gefilterten Wertes der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors (in Schritt 3 erhalten), und die in Schritt 7-1 berechneten Koeffizienten α1, α2, βj.
  • Die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 wird in Schritt 7-2 aus den folgenden Gründen gefiltert:
    Insofern das Abgassystem E einschließlich des Katalysators 3 Tiefpass-Frequenzcharakteristiken aufweist, wie oben beschrieben (siehe 16), ist es notwendig, dem Niedrigfrequenzbereich C (siehe 6) Bedeutung beizumessen beim Steuern/Regeln der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 als der Ausgabe des Abgassystems E beim Zielwert VO2/TARGET. Daher ist es bevorzugt, dem Niedrigfrequenzbereich C (siehe 6) Bedeutung beizumessen beim Bestimmen der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2- quer gemäß der Gleichung (13), welche für die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 verwendet wird, um die verarbeitete SLD-Eingabe usl zu bestimmen. Die differentielle Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6, welche zusammen mit der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 in der Gleichung (13) verwendet wird, um die geschätzte differentielle Ausgabe VO2-quer zu bestimmen, enthält fast keine Hochfrequenz-Komponenten, weil das Abgassystem E Tiefpass-Frequenzcharakteristiken aufweist. Die differentielle Ausgabe kact neigt allerdings im Allgemeinen dazu, Hochfrequenz-Komponenten zu enthalten. Demgemäß wird bei der ersten Ausführungsform die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 gefiltert, um Hochfrequenz-Komponenten davon zu entfernen, und dann wird gemäß der Gleichung (13) die geschätzte differentielle Ausgabe VO2-quer bestimmt.
  • Die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 wird gemäß dem Verfahren des gleitenden Durchschnitts gefiltert, wie es bei dem vom Identifikator 25 durchgeführten Filterverfahren der Fall ist.
  • Unter Bezugnahme zurück auf 8, berechnet die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dann in Schritt 8 die verarbeitete SLD-Eingabe usl mit der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27.
  • Das Berechnungs-Unterprogramm von Schritt 8 ist in 21 im Detail gezeigt.
  • Wie in 21 gezeigt, berechnet die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 in Schritt 8-1 einen Wert σ(k + d)-quer (entsprechend einem geschätzten Wert, nach der Totzeit d, der linearen Funktion σ, welche gemäß Gleichung (14) definiert ist), nach der Totzeit d vom gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus der linearen Funktion σ-quer, welche gemäß der Gleichung (35) definiert ist, unter Verwendung der Zeitreihendaten der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2-quer, welche durch den Schätzer 26 in Schritt 8 bestimmt ist (insbesondere der VO2(k + d)-quer, welche im gegenwärtigen Steuer-/Regel zyklus bestimmt worden ist, und der VO2(k + d – 1)-quer, welche im vorhergehenden Steuer-/Regelzyklus bestimmt worden ist.
  • Dann sammelt die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 Werte σ(k + d)-quer, welche in jeweiligen Steuer-/Regelzyklen in Schritt 8-1 berechnet worden sind, d. h. addiert einen Wert σ(k + d), welcher im gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus berechnet worden ist zur im vorhergehenden Steuer-/Regelzyklus bestimmten Summe, wodurch in Schritt 8-2 ein integrierter Wert von σ(k + d)-quer berechnet wird (welcher dem Term am rechten Ende der Gleichung (37) entspricht). Bei der ersten Ausführungsform fällt der integrierte Wert von σ(k + d)-quer in einen vorbestimmten Bereich, und wenn der integrierte Wert von σ(k + d)-quer eine gegebene obere oder untere Grenze überschreitet, dann wird der integrierte Wert von σ(k + d)-quer auf die obere oder untere Grenze begrenzt. Dies ist weil, wenn der integrierte Wert von σ(k + d)-quer übermäßig groß ist, die adaptive Kontrollregel-Eingabe uadp, welche gemäß Gleichung (37) bestimmt ist, übermäßig wird, was dazu neigt, die Steuer-/Regelbarkeit zu behindern.
  • Dann begrenzt die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 in Schritt 8-3 den Verstärkungskoeffizienten b1, welcher in Schritt 6 bestimmt worden ist.
  • Das Begrenzungs-Unterprogramm von Schritt 8-3 ist in 22 im Detail gezeigt. Wie in 22 gezeigt, entscheidet die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 in Schritt 8-3-1, ob der Betrag des Verstärkungskoeffizienten b1 kleiner als ein vorbestimmter Wert ε1 ist oder nicht. Wenn |b1| ≥ ε1, dann kehrt die Steuerung/Regelung zum Unterprogramm zurück, dessen Verarbeitung in 21 gezeigt ist.
  • Wenn |b1| < ε1 (b1 ≈ 0), dann wird, abhängig davon, ob in Schritt 8-3-2 das Vorzeichen des Verstärkungskoeffizienten b1 positiv ist (einschließlich b1 = 0) oder nicht, der Wert des Verstärkungskoeffizienten b1 in Schritt 8-3-3 zwangsweise auf einen vorbestimmten positiven Wert (≥ ε1) oder in Schritt 8-3-4 zwangsweise auf einen vorbestimmten negativen Wert (≤ –ε1) be grenzt. Der Betrag des Verstärkungskoeffizienten b1 ist begrenzt und es wird daher verhindert, dass er übermäßig klein wird, aus den folgenden Gründen: wie aus den Gleichungen (34), (36), (37) ersichtlich, werden, da der Verstärkungskoeffizient b1 als der Nennerterm in der Berechnung der äquivalenten Steuer-/Regeleingabe ueq, der Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch und der adaptiven Kontrollregel-Eingabe uadp verwendet wird, die äquivalente Steuer-/Regeleingabe ueq, die Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch und die adaptive Kontrollregel-Eingabe uadp als übermäßig große Werte berechnet, wenn der Verstärkungskoeffizient b1 übermäßig klein ist.
  • Während nur der Verstärkungskoeffizient b1 bei der ersten Ausführungsform begrenzt ist, können die anderen Verstärkungskoeffizienten a1, a2 begrenzt sein.
  • In 21 berechnet die Sliding-mode Steuer-/Regeleinheit 27, nachdem der Verstärkungskoeffizient b1 begrenzt worden ist, in Schritt 8-4 die äquivalente Steuer-/Regeleingabe ueq, die Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch und die adaptive Kontrollregel-Eingabe uadp gemäß den jeweiligen Gleichungen (34), (36), (37), unter Verwendung der Zeitreihendaten VO2(k + d)-quer, VO2 (k + d – 1)-quer der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2-quer, welche in Schritt 8 durch den Schätzer 26 bestimmt worden ist, des Wertes σ(k + d)-quer der linearen Funktion und seinem integrierten Wert, welche jeweils in Schritt 8-1 und Schritt 8-2 bestimmt worden sind, der Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, welche in Schritt 6 bestimmt worden sind und des Verstärkungskoeffizienten b1, welcher in Schritt 8-3 bestimmt worden ist.
  • Die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 addiert dann in Schritt 8-5 die äquivalente Steuer-/Regeleingabe ueq, die Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch und die adaptive Kontrollregel-Eingabe uadp, welche in Schritt 8-4 bestimmt worden sind, um die verarbeitete SLD-Eingabe usl zu berechnen, d. h. die Eingabe (die Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches vom LAF-Sensor 5 erfasst ist und dem Referenzwert FLAF/BASE), welche auf das Abgassystem E angewandt werden soll, um das Ausgabesignal VO2/OUT des O2-Sensors 6 zum Zielwert VO2/TARGET konvergieren zu lassen.
  • Nachdem in 8 die verarbeitete SLD-Eingabe usl berechnet worden ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die Stabilität des adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahrens, welches von der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 durchgeführt wird, und setzt in Schritt 9 einen Wert eines Flags f/sld/stb, welches anzeigt, ob das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren stabil ist oder nicht.
  • Das Bestimmungs-Unterprogramm von Schritt 9 ist im Detail in 23 gezeigt.
  • Wie in 23 gezeigt, berechnet die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 9-1 eine Differenz Δσ-quer (entsprechend einer Änderungsrate der linearen Funktion σ-quer) zwischen dem gegenwärtigen Wert σ(k + d)-quer, welcher in Schritt 8-1 berechnet worden ist, und einem vorhergehenden Wert σ(k + d – 1)-quer der linearen Funktion σ-quer.
  • Dann entscheidet die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 9-2, ob ein Produkt Δσ·σ (k + d)-quer (entsprechend der nach der Zeit abgeleiteten Funktion einer Lyapunov-Funktion σ-quer2/2 relativ zu σ-quer) der in Schritt 9-1 berechneten Differenz Δσ-quer und dem gegenwärtigen Wert σ(k + d)-quer gleich oder kleiner einem vorbestimmten Wert ε2 (≥ 0) ist.
  • Wenn die Differenz Δσ·σ(k + d)-quer größer als ε2 ist, dann ändern sich sich die differentiellen Ausgaben VO2(k + d), VO2(k + d – 1) weg von der Hyperebene σ = 0, mit einem σ-quer2/2-Wachstum, und daher wird das adaptive Slidingmode Steuer-/Regelverfahren als instabil angesehen, d. h. die in Schritt 8 berechnete verarbeitete SLD-Eingabe usl ist ungeeignet. Wenn daher in Schritt 9-2 Δσ·σ(k + d)-quer > ε2 ist, dann wird das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren als instabil beurteilt und das Flag f/id/reset wird auf "1" gesetzt. um den Identifikator 25 in Schritt 9-4 zu initialisieren. Dann wird der Wert des Zeitzählers tm (herunterzählenden Zeitmessers) in Schritt 9-5 zum vorbestimmten Ausgangswert TM gesetzt (der Zeitzähler tm wird gestartet), um die Bestimmung des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD unter Verwendung der verarbeiteten SLD-Eingabe usl, welche in Schritt 8 berechnet worden ist, um eine vorbestimmte Zeit zu verhindern. Danach wird der Wert des Flags f/sld/stb in Schritt 9-6 auf "0" gesetzt (das Flag f/sld/stb repräsentiert, dass das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren instabil ist).
  • Während der im Entscheidungsschritt von Schritt 9-2 verwendete Wert ε2 theoretisch "0" sein kann, sollte er vorzugsweise etwas größer als "0" sein, im Hinblick auf den Effekt einer probabilistischen Störung.
  • Wenn in Schritt 9-2 Δσ·σ(k + d)-quer ≤ ε2 ist, dann entscheidet die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 9-3, ob der gegenwärtige Wert σ(k + d)-quer der linearen Funktion σ-quer in einen vorbestimmten Bereich fällt oder nicht.
  • Wenn der gegenwärtige Wert σ(k + d)-quer der linearen Funktion σ-quer nicht in den vorbestimmten Bereich fällt, sind die differentiellen Ausgaben VO2 (k + d), VO2(k + d – 1) weit weg von der Hyperebene σ = 0 beabstandet, und daher wird das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren als instabil angesehen, d. h. die verarbeitete SLD-Eingabe usl, welche in Schritt 8 berechnet worden ist, ist ungeeignet. Wenn daher der gegenwärtige Wert σ (k + d)-quer der linearen Funktion σ-quer in Schritt 9-3 nicht in den vorbestimmten Bereich fällt, dann wird das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren als instabil beurteilt, und die Verarbeitung von Schritt 9-4 bis Schritt 9-6 wird ausgeführt, um den Wert des Flags f/id/reset auf "1" zu setzen, um den Identifikator 25 zu initialisieren und den Zeitzähler tm zu starten.
  • Wenn der gegenwärtige Wert σ(k + d)-quer der linearen Funktion σ-quer in Schritt 9-3 in den vorbestimmten Bereich fällt, dann zählt die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 9-7 den Zeitzähler tm für eine vorbestimmte Zeit Δtm herunter. Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entscheidet dann in Schritt 9-8, ob der Wert des Zeitzählers gleich oder kleiner als "0" ist oder nicht, d. h. ob eine Zeit entsprechend dem Ausgangswert TM seit dem Start des Zeitzählers verstrichen ist oder nicht.
  • Wenn tm > 0, d. h. wenn der Zeitzähler tm immer noch Zeit misst und seine gesetzte Zeit noch nicht verstrichen ist, dann wird, da das adaptive Slidingmode Steuer-/Regelverfahren dazu neigt, instabil zu sein, bevor nicht eine beträchtliche Zeit verstrichen ist, seitdem das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren in Schritt 9-2 oder Schritt 9-3 als instabil beurteilt worden ist, der Wert des Flags f/sld/stb in Schritt 9-6 auf "0" gesetzt.
  • Wenn in Schritt 9-8 tm ≤ 0, d. h. wenn die gesetzte Zeit des Zeitzählers tm verstrichen ist, dann wird das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren als stabil beurteilt, und der Wert des Flags f/sld/stb wird in Schritt 9-9 auf "1" gesetzt (das Flag f/sld/stb = 1 repräsentiert, dass das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren stabil ist).
  • Der Zeitzähler tm wird ebenfalls gestartet, wenn der identifizierte Fehler id/e nicht konvergiert und die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach noch nicht definitiv mit dem Identifikator 25 bestimmt sind (dem in 18 gezeigten Unterprogramm). Daher kann es, selbst wenn die Bedingung von Schritt 9-2 oder Schritt 9-3 erfüllt ist, möglich sein, dass tm > 0 in Schritt 9-8 und der Wert des Flags f/sld/stb auf "0" gesetzt wird. Dies ist, weil insofern als die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach noch nicht definitiv bestimmt sind, es wahrscheinlich ist, dass das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren, welches die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach verwendet, instabil ist.
  • Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bestimmt gemäß dem in 23 gezeigten Unterprogramm die Stabilität des adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahrens, welches von der Sliding-mode Steuer-/Regeleinheit durchgeführt wird. Wenn das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren als instabil beurteilt wird, dann wird der Wert des Flags f/sld/stb auf "0" gesetzt, und wenn das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren als stabil beurteilt wird, dann wird der Wert des Flags f/sld/stb auf "1" gesetzt.
  • Bei der ersten Ausführungsform wird die Stabilität des adaptiven Slidingmode Steuer-/Regelverfahrens bestimmt, indem die Bedingungen von Schritt 9-2 und Schritt 9-3 beurteilt werden. Die Stabilität des adaptiven Slidingmode Steuer-/Regelverfahrens kann allerdings bestimmt werden, indem irgendeine der Bedingungen von Schritt 9-2 und Schritt 9-3 beurteilt wird. Alternativ kann die Stabilität des adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahrens bestimmt werden, indem der Betrag (absolute Wert) der Differenz Δσ, welche der Änderungsrate der linearen Funktion σ-quer entspricht, mit einem vorbestimmten Wert verglichen wird.
  • Unter Bezugnahme zurück auf 8, bestimmt, nachdem ein Wert des Flags f/sld/stb gesetzt worden ist, welches die Stabilität des adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahrens, das von der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 durchgeführt wird, anzeigt, die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses den Wert des Flags f/sld/stb in Schritt 10. Wenn der Wert des Flags f/sld/stb "1" ist, d. h. wenn das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren als stabil beurteilt wird, dann begrenzt die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 in Schritt 11 die verarbeitete SLD-Eingabe usl, welche in Schritt 8 berechnet worden ist. Insbesondere ist der Wert der verarbeiteten SLD-Eingabe usl oder ein Bereich, innerhalb dessen sich sich der Wert der verarbeiteten SLD-Eingabe usl ändern kann, auf einen bestimmten Bereich begrenzt, und wenn der gegenwärtige Wert usl(k) der in Schritt 8 berechneten verarbeiteten SLD-Eingabe usl eine gegebene obere oder untere Grenze überschreitet, dann wird der Wert der verarbeiteten SLD-Eingabe usl zwangsweise auf die obere oder die untere Grenze begrenzt. Wenn eine Änderung des gegenwärtigen Wertes usl(k) der in Schritt 8 von einem vorhergehenden Wert usl(k – 1) derselben berechneten verarbeiteten SLD-Eingabe usl eine vorbestimmte Größe überschreitet, dann wird der Wert der verarbeiteten SLD-Eingabe usl zwangsweise auf einen Wert gesetzt, der gleich der Summe des vorhergehenden Wertes usl(k – 1) und der vorbestimmten Größe ist.
  • Nachdem die verarbeitete SLD-Eingabe usl wie oben beschrieben begrenzt worden ist, berechnet die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 in Schritt 13 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß der Gleichung (38). Dann ist die Verarbeitung des gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus beendet.
  • Wenn der Wert des Flags f/sld/stb "0" ist, d. h. wenn das adaptive Slidingmode Steuer-/Regelverfahren als instabil bewertet wird, dann setzt die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 12 den Wert der verarbeiteten SLD-Eingabe im gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus zwangsweise zu einem vorbestimmten Wert, d. h. entweder einem festen Wert oder einem vorhergehenden Wert der verarbeiteten SLD-Eingabe usl. Danach berechnet die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß der Gleichung (38) in Schritt 13, gefolgt von einem Ende der Verarbeitung des gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus.
  • Das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD, welches letztendlich in Schritt 13 bestimmt wird, wird als Zeitreihendaten für jeweilige Steuer-/Regelzyklen in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert. Wenn die allgemeine Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 15, usw. das durch die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bestimmte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD (siehe Schritt f in 6) verwenden soll, wählt die allgemeine Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 15 das neueste Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD aus den gespeicherten Zeitreihendaten desselben aus.
  • Der Betrieb des Anlagen-Steuer-/Regelsystems ist oben detailliert beschrieben worden.
  • Der Betrieb des Anlagen-Steuer-/Regelsystems wird wie folgt zusammengefasst: Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bestimmt sequentiell das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD (welches der Zieleingabe des Abgassystems E entspricht) für das in den Katalysator 3 eingeleitete Abgase, um das Ausgabesignal VO2/OUT (welches der Ausgabe des Abgassystems E als der Anlage entspricht) des O2-Sensors 6 stromabwärts des Katalysators 3 zum Zielwert VO2/TARGET desselben einzustellen/konvergieren zu lassen. Die Menge des dem Verbrennungsmotor 1, als dem Betätiger zum Erzeugen der Eingabe (das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases) des Abgassystems E, zugeführten Kraftstoffs wird entsprechend dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD mit einer Rückkopplung gesteuert/geregelt, basierend auf dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD und der Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 stromaufwärts des Katalysators 3. Durch Einstellen des Ausgabesignals VO2/OUT des O2-Sensors 6 stromabwärts des Katalysators 3 zum Zielwert VO2/TARGET kann der Katalysator 3 seine optimale Abgasreinigungsleistung beibehalten, ohne durch seine eigene Alterung beeinflusst zu werden.
  • Die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bestimmt das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD (die Zieleingabe des Abgassystems E) unter Verwendung des Sliding-mode Steuer-/Regelverfahrens, welches im Wesentlichen unempfindlich für Störungen ist, insbesondere des adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahrens, bei dem die adaptive Kontrollregel hinzugefügt ist, die den Effekt von Störungen so weit wie möglich eliminiert. Demzufolge kann die Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses das Ziel-Luft-Kraft stoff-Verhältnis KCMD stabil bestimmen, während der Effekt von Störungen so weit wie möglich unterdrückt wird, was zum Zweck des Einstellens des Ausgabesignals VO2/OUT (der Ausgabe des Abgassystems E) des O2-Sensors 6 zum Zielwert VO2/TARGET geeignet ist. Demgemäß kann das Ausgabesignal VO2/OUT des O2-Sensors 6 stabil und genau am Zielwert VO2/TARGET gesteuert/geregelt werden.
  • Wenn die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 der Bestimmungseinheit 13 für verarbeitete Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß dem adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren bestimmen soll, verwendet die Sliding-mode Steuer-/Regeleinrichtung 27 die geschätzte differentielle Ausgabe VO2, welche vom Schätzer 26 bestimmt ist, d. h. den geschätzten Wert der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 nach der Totzeit d des Abgassystems E. Dann bestimmt die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD (die Zieleingabe des Abgassystems E), um den geschätzten Wert der Ausgabe VO2/OUT (der Ausgabe des Abgassystems E) des O2-Sensors 6 nach der Totzeit d, repräsentiert durch die geschätzte differentielle Ausgabe VO2, auf den Zielwert VO2/TARGET zu konvergieren zu lassen. Daher wird der Effekt der im Abgassystem E vorhandenen Totzeit d kompensiert (eliminiert), wodurch die Stabilität des Steuer-/Regelverfahrens zum Konvergieren lassen der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 auf den Zielwert VO2/TARGET zu erhöht wird.
  • Bei der ersten Ausführungsform werden die gegenwärtigen und die vorhergehenden Zeitreihendaten VO2(k), VO2(k – 1) der differentiellen Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 (genauer, die Zeitreihendaten VO2(k + d)-quer, VO2 (k + d – 1)-quer, vor den neuesten Daten, der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2-quer des O2-Sensors 6) als die durch die Sliding-mode Steuer-/Regeleinrichtung 27 zu steuernde/regelnde Zustandsgröße X verwendet, so dass der Verfahrensschritt der Sliding-mode Steuer-/Regeleinrichtung 27 am Diskretsystem-Modell des Abgassystems E durchgeführt werden kann. Daher kann der Verarbeitungsschritt der Sliding-mode Steuer-/Regeleinrichtung 27 ein vereinfachter Arbeitsschritt sein, welcher sich für eine Diskretzeit-Computerverarbeitung eignet.
  • Da das Diskretsystem-Modell des Abgassystems E für den Verarbeitungsschritt der Sliding-mode Steuer-/Regeleinrichtung 27 verwendet wird, können die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 als für das Diskretsystem-Modell zu bestimmende Parameter auf einer Echtzeitbasis durch den Identifikator 25 identifiziert werden, um den Modellierfehler des Diskretsystem-Modells, bezogen auf das tatsächliche Abgassystem E, in Abhängigkeit des tatsächlichen Verhaltens des Abgassystems E zu minimieren. Unter Verwendung der durch den Identifikator 25 identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 wird der Verarbeitungsschritt der Sliding-mode Steuer-/Regeleinrichtung 27 durchgeführt, um das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD (die Zieleingabe des Abgassystems E) zu bestimmen. Das zum Konvergieren lassen der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 zum Zielwert VO2/TARGET geeignete Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD kann in Abhängigkeit des tatsächlichen Verhaltens des Abgassystems E bestimmt werden, und die Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 kann mit hoher Genauigkeit zum Zielwert VO2/TARGET konvergieren gelassen werden. Da insbesondere der Modellierfehler minimiert wird, wenn die durch die Slidingmode Steuer-/Regeleinrichtung 27 zu steuernde/regelnde Zustandsgröße X nicht auf die Hyperebene σ = 0 konvergiert wird, ist die Stabilität des Steuer-/Regelverfahrens zum Konvergieren lassen der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 zum Zielwert VO2/TARGET erhöht.
  • Da ferner der Schätzer 26 seinen Verarbeitungsschritt unter Verwendung des Diskretsystem-Modells des Abgassystems E durchführt, kann der Verarbeitungsschritt des Schätzers 26 ein einfacher Arbeitsschritt sein, der sich für eine Computerverarbeitung eignet. Insofern der Schätzer 26 seinen Verarbeitungsschritt unter Verwendung der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 durchführt, die auf einer Echtzeitbasis durch den Identifikator 25 identifiziert sind, ist es möglich, die Genauigkeit der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2-quer zu erhöhen, die den geschätzten Wert der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 nach der Totzeit d des Abgassystems E anzeigt. Da zusätzlich die Sliding-mode Steuer-/Regeleinrichtung 27 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD unter Verwendung der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2-quer bestimmt, kann die Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 auf den Zielwert VO2/TARGET zu konvergieren gelassen werden, während der Effekt der Totzeit d zuverlässig eliminiert wird.
  • Bei der ersten Ausführungsform werden weiterhin, wenn der Identifikator 25 die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 des Diskretsystem-Modells identifizieren soll, die identifizierte differentielle Ausgabe VO2-Dach (die der Ausgabe des Abgassystems E im Diskretsystem-Modell entspricht) und die identifizierte differentielle Ausgabe VO2 (die der tatsächlichen Ausgabe des Abgassystems E entspricht) mit einem gewichteten Frequenzbereich (dem Niedrigfrequenzbereich C in 16) gefiltert, wobei die Verstärkung einer Änderung der Ausgabe des Abgassystems E bezogen auf eine Änderung der Eingabe des Abgassystems E relativ groß ist, so dass die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach so berechnet werden können, dass die Frequenzcharakteristiken des Diskretsystem-Modells mit den tatsächlichen Frequenzcharakteristiken des Abgassystems E übereinstimmen. Wenn die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD unter Verwendung der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach bestimmt, und der Schätzer 26 die geschätzte differentielle Ausgabe VO2-quer berechnet, kann die Steuer-/Regelbarkeit in dem Frequenzbereich, der zum Konvergieren lassen der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 zum Zielwert VO2/TARGET wichtig ist, erhöht werden. Durch geeignetes Festsetzen der Gewichtungscharakteristiken des obigen Filterverfahrens können die Stabilität und das schnelle Ansprechen des Steuer-/Regelverfahrens zum Konvergieren lassen der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 zum Zielwert VO2/TARGET erhöht werden.
  • Bei der ersten Ausführungsform werden die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 des Diskretsystem-Modells identifiziert, wenn die durch die differenti elle Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 erfasste Ausgabe des Abgassystems E sich so verhält, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (das der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 entspricht) des Abgases, welches den Katalysator 3 passiert hat, sich von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert, d. h. wenn das Änderungsverhalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Identifizieren der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 bevorzugt ist. Demzufolge ist es möglich, identifizierte Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach zu berechnen, welche zum Bestimmen des geeigneten Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD mit der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 bevorzugt sind, die geschätzte differentielle Ausgabe VO2-quer mit dem Schätzer 26 zu berechnen, und die Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 zuverlässig zum Zielwert VO2/TARGET konvergieren zu lassen.
  • Bei der ersten Ausführungsform werden ferner die Stabilität des vom Identifikator 25 durchgeführten Identifikationsverfahren und die Stabilität des von der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 durchgeführten adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahrens bestimmt, und wenn die Stabilität dieser Verfahren als instabil beurteilt wird, dann wird der Identifikator 25 initialisiert. Es wird verhindert, dass die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 ein ungeeignetes Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD bestimmt, und dass der Schätzer 26 eine ungeeignete geschätzte differentielle Ausgabe VO2-quer bestimmt, unter Verwendung von ungeeigneten identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach.
  • Wenn bei der ersten Ausführungsform das durch die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 durchgeführte adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren als instabil beurteilt wird, und bis eine vorbestimmte Zeit, entsprechend dem Ausgangswert TM des Zeitzählers tm verstreicht, nachdem das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren als instabil beurteilt wird, wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD mit der verarbeiteten SLD-Eingabe usl als einem vorbestimmten Wert bestimmt. Demgemäß werden Situationen, bei denen die Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 in einem abnormalen Zustand gesteuert/geregelt wird, zuverlässig eliminiert.
  • Ein Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unten mit Bezug auf 24 bis 26 beschrieben. Das Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß der ersten Ausführungsform nur in Bezug auf die Verarbeitung von Schritt 5-11, welcher durch den Identifikator 25 durchgeführt wird, d. h. das Verfahren zum Bewerten des identifizierten Verstärkungskoeffizientenvektor ϴ (siehe 11 und 18) in der ersten Ausführungsform. Daher sind die Teile der zweiten Ausführungsform, welche identisch mit denen der ersten Ausführungsform sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und werden unten nicht detailliert beschrieben.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform sind die Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1, welche durch den Identifikator 25 zu identifizierende Parameter sind, d. h. die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach (Elemente des identifizierten Verstärkungskoeffizientenvektors ϴ) begrenzt, um vorbestimmte Bedingungen zu erfüllen. Unter Verwendung der Werte der begrenzten identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach werden die Verarbeitungsschritte des Schätzers 26 und der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 in der oben mit Bezug zur ersten Ausführungsform beschriebenen Weise durchgeführt.
  • Die vorbestimmten Bedingungen zum Bestimmen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach umfassen eine Bedingung (im Folgenden als die erste Begrenzungsbedingung bezeichnet) zum Begrenzen von Kombinationen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach bezogen auf ein Ansprechverzugselement des durch die Gleichung (1) ausgedrückten Diskretsystem-Modells (genauer, primäre und sekundäre autoregressive Terme) zu einer vorbestimmten Kombination, und eine Bedingung (im Folgenden als die zweite Begrenzungsbedingung bezeichnet) zum Begrenzen des Wertes des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1-Dach bezogen auf ein Totzeitelement des Diskretsystem-Modells.
  • Bevor die erste und die zweite Begrenzungsbedingung beschrieben werden, werden unten die Gründe zum Begrenzen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach erläutert.
  • Wenn bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Identifikator 25 die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach identifiziert, werden deren Werte nicht besonders begrenzt, und der Identifikator 25 wird initialisiert, wenn der Identifikator 25 als instabil beurteilt wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass, während das Ausgabesignal VO2/OUT des O2-Sensors 6 (die Sauerstoffkonzentration im Abgas, das den Katalysator 3 passiert hat) stabil am Zielwert VO2/TARGET gesteuert/geregelt wird, sich eine Situation entwickelt, bei der das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD (die verarbeitete Variable des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses), welches wie oben beschrieben von der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 bestimmt ist, sich glatt bezogen auf die Zeit ändert, und eine Situation, bei der das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD mit einer hohen Frequenz bezogen auf die Zeit oszilliert. Keine dieser Situationen sind problematisch beim Steuern/Regeln der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 am Zielwert VO2/TARGET. Die Situation, bei der das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD mit einer hohen Frequenz bezogen auf die Zeit oszilliert, ist für einen glatten Betrieb des Verbrennungsmotors 1, welcher auf der Basis des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD gesteuert/geregelt wird, nicht bevorzugt.
  • Eine Untersuchung des obigen Phänomens durch die Erfinder hat gezeigt, dass, ob das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD, welches von der Slidingmode Steuer-/Regelvorrichtung 27 bestimmt ist, sich glatt ändert oder mit einer hohen Frequenz oszilliert, von den Kombinationen der Werte der durch den Identifikator 25 identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach und dem Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1-Dach abhängt.
  • Bei der zweiten Ausführungsform werden die erste und die zweite Begrenzungsbedingung geeignet festgesetzt, und die Kombinationen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach und des Wertes des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1-Dach werden geeignet begrenzt, um die Situation zu eliminieren, bei der das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD mit einer hohen Frequenz oszilliert, während die Steuer-/Regelbarkeit der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 am Zielwert VO2/TARGET stabil gehalten wird.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform werden die erste und die zweite Begrenzungsbedingung wie folgt festgesetzt:
    Bezogen auf die erste Begrenzungsbedingung zum Begrenzen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, hat die Untersuchung der Erfinder ergeben, dass, ob das durch die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 bestimmte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD sich glatt ändert oder mit einer hohen Frequenz oszilliert, eng mit Kombinationen der Koeffizientenwerte a1, a2 in der Gleichung (13) in Beziehung steht, welche durch die Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2 bestimmt sind, d. h. mit den Koeffizientenwerten a1, a2, welche für den Schätzer 26 verwendet werden, um die geschätzte differentielle Ausgabe VO2(k + d)-quer gemäß der Gleichung (13) zu bestimmen (wobei die Koeffizientenwerte a1, a2 das Element der ersten Reihe und ersten Spalte und das Element der ersten Reihe und zweiten Spalte der Matrix Ad sind, welche eine Potenz der durch die Gleichung (11) definierten Matrix A ist).
  • Wenn insbesondere, wie in 24 gezeigt, eine Koordinatenebene, deren Koordinatenkomponenten oder Achsen durch die Koeffizientenwerte a1, a2 repräsentiert sind, festgesetzt ist, und wenn ein Punkt auf der Koordinatenebene, der durch eine Kombination der Koeffizientenwerte a1, a2 bestimmt ist, in einem gestrichelten Bereich liegt, der durch ein Dreieck Q1Q2Q3 umgeben ist (einschließlich der Grenzen), und der im Folgenden als ein stabiler Bereich der Schätzkoeffzienten bezeichnet wird, dann neigt die zeitabhängige Änderung des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dazu, glatt zu sein. Wenn andererseits ein Punkt auf der Koordinatenebene, der durch eine Kombination der Koeffizientenwerte a1, a2 bestimmt ist, nicht in dem stabilen Bereich der Schätzkoeffizienten liegt, dann neigt die zeitabhängige Änderung des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dazu, mit einer hohen Frequenz zu oszillieren, oder die Steuer-/Regelbarkeit der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 neigt dazu, schlecht zu sein.
  • Daher sollten die Kombinationen der Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, welche durch den Identifikator 25 identifiziert sind, d. h. die Kombinationen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, so begrenzt sein, dass der in 24 gezeigte Punkt auf der Koordinatenebene, der der Kombination der Koeffizientenwerte a1, a2 entspricht, die durch die Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, oder die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach bestimmt sind, innerhalb des stabilen Bereichs der Schätzkoeffizienten liegt.
  • In 24 ist ein dreieckiger Bereich Q1Q4Q3 auf der Koordinatenebene, der den stabilen Bereich der Schätzkoeffizienten enthält, ein Bereich, der Kombinationen der Koeffizientenwerte α1, α2 bestimmt, der ein gemäß der folgenden Gleichung (51) definiertes System theoretisch stabil macht, d. h. ein System, das durch eine Gleichung ähnlich Gleichung (13) definiert ist, abgesehen davon, dass VO2(k), VO2(k–1) auf der rechten Seite der Gleichung (13) jeweils durch VO2(k)-quer, VO2(k–1)-quer ersetzt sind (wobei VO2(k)-quer, VO2(k–1)-quer jeweils eine geschätzte differentielle Ausgabe bedeuten, welche vor der Totzeit d durch den Schätzer 26 bestimmt sind, und eine geschätzte differentielle Ausgabe, die in einem vorhergehenden Zyklus durch den Schätzer 26 bestimmt ist).
  • Figure 01040001
  • Die Bedingung, dass das gemäß der Gleichung (51) definierte System stabil ist, ist, dass ein Pol des Systems (der durch die folgende Gleichung (52) gegeben ist) in einem Einheitskreis auf einer komplexen Ebene existiert: Ein Pol des Systems gemäß der Gleichung (51)
    Figure 01050001
  • Der in 24 gezeigte dreieckige Bereich Q1Q4Q3 ist ein Bereich zum Bestimmen der Kombinationen der Koeffizientenwerte α1, α2, welche die obige Bedingung erfüllen. Daher ist der stabile Bereich der Schätzkoeffizienten ein Bereich, der die Kombinationen anzeigt, bei denen α1 ≥ 0 von den Kombinationen der Koeffizientenwerte α1, α2, welche das durch die Gleichung (51) definierte System stabil machen.
  • Da die Koeffizientenwerte α1, α2 durch eine Kombination der Werte der Verstärkungskoeffizienten α1, α2 definiert werden, ist eine Kombination der Werte der Verstärkungskoeffizienten α1, α2 durch eine Kombination der Koeffizientenwerte α1, α2 definiert. Daher kann der in 24 gezeigt stabile Bereich der Schätzkoeffizienten, der bevorzugte Kombinationen der Koeffizientenwerte α1, α2 bestimmt, in einen Bereich auf einer in 25 gezeigten Koordinatenebene umgewandelt werden, deren Koordinatenkomponenten oder Achsen durch die Verstärkungskoeffizienten a1, a2 repräsentiert werden. Insbesondere wird der in 24 gezeigte stabile Bereich der Schätzkoeffizienten in einen in 25 durch die Phantomlinien umgebenen Bereich umgewandelt, der ein im Wesentlichen dreieckiger Bereich ist, welcher eine wellenförmige Unterseite aufweist und im Folgenden als ein stabiler Bereich der Identifikationskoeffizienten bezeichnet wird, auf der in 25 gezeigten Koordinatenebene. Anders ausgedrückt, wenn ein Punkt auf der in 25 gezeigten Koordinatenebene, welcher durch eine Kombination der Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2 bestimmt ist, im stabilen Bereich der Identifikationskoeffizienten liegt, dann liegt ein Punkt auf der in 24 gezeigten Koordinatenebene, der der Kombination der Koeffizientenwerte α1, α2 entspricht, die durch diese Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2 bestimmt sind, im stabilen Bereich der Schätzkoeffizienten.
  • Demzufolge sollte die erste Begrenzungsbedingung zum Begrenzen der Werte der durch den Identifikator 25 bestimmten identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach vorzugsweise grundlegend derart festgesetzt sein, dass ein Punkt auf der in 25 gezeigten Koordinatenebene, der durch diese Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach bestimmt ist, im stabilen Bereich der Identifikationskoeffizienten liegt.
  • Da allerdings eine Grenze (die Unterseite) des stabilen Bereichs der Identifikationskoeffizienten, die in 25 durch die Phantomlinien angezeigt ist, eine komplexe wellenförmige Form aufweist, ist ein zweckmäßiges Verfahren zum Begrenzen des Punktes auf der in 25 gezeigten Koordinatenebene, der durch die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach bestimmt ist, wahrscheinlich komplex.
  • Aus diesem Grund wird gemäß der zweiten Ausführungsform der stabile Bereich der Identifikationskoeffizienten im Wesentlichen durch einen viereckigen Bereich Q5Q6Q7Q8 angenähert, der in 25 durch die durchgezogenen Linien umgeben ist, und der gerade Grenzen aufweist und im Folgenden als ein Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich bezeichnet wird. Wie in 25 gezeigt, ist der Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich ein Bereich, der durch eine Polygonlinie umgeben ist (umfassend Liniensegmente Q5Q6 und Q5Q8), die durch einen funktionalen Ausdruck |a1| + a2 = 1 ausgedrückt sind, eine gerade Linie (umfassend ein Liniensegment Q6Q7), welche durch einen funktionalen Konstantwert-Ausdruck a1 = A1L (A1L: Konstante) ausgedrückt ist, und eine gerade Linie (umfassend ein Liniensegment Q7Q8), welche durch einen funktionalen Konstantwert-Ausdruck a2 = A2L (A1L: Konstante) ausgedrückt ist. Die erste Begrenzungsbedingung zum Begrenzen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach ist derart festgesetzt, dass der Punkt auf der in 25 gezeigten Koordinatenebene, der durch diese Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach bestimmt ist, im Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich liegt, und die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach so begrenzt sind, dass der durch diese Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach bestimmte Wert innerhalb des Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereichs liegt. Obwohl ein Teil der Unterseite des Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereichs vom stabilen Bereich der Identifikationskoeffizienten abweicht, wurde experimentell bestätigt, dass der Punkt, der durch die vom Identifikator 25 bestimmten identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach bestimmt ist, tatsächlich nicht in den Abweichungsbereich fällt. Daher stellt der Abweichungsbereich in der Praxis kein Problem dar.
  • Der obige Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich ist nur für illustrative Zwecke gegeben, und kann mit dem stabilen Bereich der Identifikationskoeffizienten gleich sein, oder kann diesen im Wesentlichen approximieren, oder kann jede beliebige Form aufweisen, solange der Großteil des oder der gesamte Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich/s zum stabilen Bereich der Identifikationskoeffizienten gehört. Daher kann der Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich mit verschiedenen Konfigurationen festgesetzt werden, im Hinblick auf die Leichtigkeit, mit der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach begrenzt werden und die zweckmäßige Steuer-/Regelbarkeit. Während zum Beispiel die Grenze eines oberen Abschnitts des Identifikationskoeffzienten-Begrenzungsbereichs bei der illustrierten Ausführungsform durch den funktionalen Ausdruck |a1| + a2 = 1 definiert ist, sind Kombinationen der Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, welche diesen funktionalen Ausdruck erfüllen, Kombinationen von theoretisch stabilen Grenzen, wobei ein Pol des durch die Gleichung (52) definierten Systems auf einem Einheitskreis auf einer komplexen Ebene existiert. Daher kann die Grenze des oberen Abschnitts des Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich durch einen funktionalen Ausdruck |a1| + a2 = r bestimmt werden (wobei r ein Wert etwas kleiner als "1" ist, was der stabilen Grenze entspricht, z. B. 0,99) für eine bessere Steuer-/Regelstabilität.
  • Der obige, in 25 gezeigte stabile Bereich der Identifikationskoeffizienten als eine Basis für den Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich ist nur zu illustrativen Zwecken gegeben. Der stabile Bereich der Identifikationskoeffizienten, welcher dem in 24 gezeigten stabilen Bereich der Schätzkoeffizienten entspricht, wird durch die Totzeit d beeinflusst, wie aus der Definition der Koeffizientenwerte α1, α2 ersichtlich ist (siehe die Gleichungen (12), (13)). Unabhängig von der Form des stabilen Bereichs der Identifikationskoeffizienten kann der Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich wie oben beschrieben festgesetzt werden, auf eine Art und Weise, so dass er an die Form des stabilen Bereichs der Identifikationskoeffizienten angepasst ist.
  • Bei dieser Ausführungsform wird die zweite Begrenzungsbedingung zum Begrenzen des Wertes des durch den Identifikator 25 identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1, d. h. des Wertes des idenntifizierten Verstärkungskoeffizienten b1-Dach, wie folgt festgesetzt:
    Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Situation, bei der die zeitabhängige Änderung des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD mit einer hohen Frequenz oszilliert auch dann auftritt, wenn der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1-Dach übermäßig groß oder klein ist. Gemäß der zweiten Ausführungsform werden ein oberer Grenzwert B1H und ein unterer Grenzwert B1L (B1H > B1L > 0) für den identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1-Dach im Voraus experimentell oder durch Simulation bestimmt. Dann wird die zweite Begrenzungsbedingung derart festgesetzt, dass der identifizierte Verstärkungskoeffizient b1-Dach gleich oder kleiner als der obere Grenzwert B1H ist und gleich oder größer als der untere Grenzwert B1L ist (B1L ≤ b1-Dach ≤ B1H).
  • Ein Verfahren zum Begrenzen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach gemäß der ersten und der zweiten Begrenzungsbedingung wird gemäß dem Verfahren zum Bewerten des identifizierten Verstärkungskoeffizientenvektor ϴ in Schritt 5-11 durchgeführt.
  • Ein derartiges Begrenzungs-Unterprogramm ist im Detail in 26 gezeigt. Wie in 26 gezeigt, begrenzt der Begrenzer 25 Kombinationen der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach, die im in 11 gezeigten Schritt 5-10 bestimmt worden sind, gemäß der ersten Begrenzungsbedingung in Schritt 5-11-5 bis Schritt 5-11-12.
  • Insbesondere entscheidet der Identifikator 25 in Schritt 5-11-5, ob der Wert des in Schritt 5-10 bestimmten identifizierten Verstärkungskoeffizienten a2 (k)-Dach gleich oder größer als ein unterer Grenzwert A2L (siehe 25) für den Verstärkungskoeffizienten a2 im Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich ist oder nicht.
  • Wenn der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a2(k) kleiner als A2L ist, dann wird in Schritt 5-11-6, da ein Punkt auf der in 25 gezeigten Koordinatenebene, der durch (a1(k)-Dach, a2(k)-Dach) ausgedrückt ist, und durch die Kombination der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach bestimmt ist, nicht im Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich liegt, der Wert von a2(k)-Dach zwangsweise zum unteren Grenzwert A2L geändert. Daher wird der Punkt (a1(k)-Dach, a2(k)-Dach) auf der in 25 gezeigten Koordinatenebene auf einen Punkt in einem Bereich auf und oberhalb einer geraden Linie begrenzt, d. h. der geraden Linie, die das Liniensegment Q7Q8 umfasst, ausgedrückt durch mindestens a2 = A2L.
  • Dann entscheidet der Identifikator 25 in Schritt 5-11-7, ob der in Schritt 5-10 bestimmte Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach gleich oder größer als ein unterer Grenzwert A1L (siehe 25) für den Verstärkungskoeffizienten a1 im Identifkationskoeffizienten-Begrenzungsbereich ist oder nicht, und entscheidet dann in Schritt 5-11-9, ob der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach gleich oder kleiner als ein oberer Grenzwert A1H (siehe 25) für den Verstärkungskoeffizi enten a1 im Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich ist oder nicht. Der obere Grenzwert A1H für den Verstärkungskoeffizienten a1 im Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich ist durch A1H = 1 – A2L repräsentiert, da er eine a1-Koordinate des Punktes Q8 ist, bei dem die Polygonlinie |a1| + a2 = 1 (a1 > 0) und die gerade Linie a2 = A2L einander kreuzen, wie in 25 gezeigt.
  • Wenn der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) kleiner als der untere Grenzwert A1L oder größer als der obere Grenzwert A1H ist, dann wird in Schritt 5-11-8, 5-11-10, da ein Punkt (a1(k)-Dach, a2(k)-Dach) auf der in 25 gezeigten Koordinatenebene nicht im Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich liegt, der Wert von a1(k)-Dach zwangsweise zum unteren Grenzwert A1L oder zum oberen Grenzwert A1H geändert.
  • Daher wird der Punkt (a1(k)-Dach, a2(k)-Dach) auf der in 25 gezeigten Koordinatenebene auf einen Bereich auf und zwischen einer geraden Linie, d. h. der geraden Linie umfassend das Liniensegment Q6A7, durch a1 = A1L ausgedrückt, und einer geraden Linie, d. h. der geraden Linie, die durch den Punkt Q8 verläuft, und senkrecht zur a1-Achse ist, durch a1 = A1H ausgedrückt, begrenzt.
  • Die Verarbeitung in Schritt 5-11-7 und Schritt 5-11-8 und die Verarbeitung in Schritt 5-11-9 und Schritt 5-11-10 kann vertauscht werden. Die Verarbeitung in Schritt 5-11-5 und Schritt 5-11-6 kann nach der Verarbeitung in Schritt 5-11-5 bis Schritt 5-11-10 durchgeführt werden.
  • Dann entscheidet in Schritt 5-11-11 der Identifikator 25, ob die gegenwärtigen Werte von a1(k)-Dach, a2(k)-Dach nach Schritt 5-11-5 bis Schritt 5-11-10 eine Ungleichung |a1| + a2 ≤ 1 erfüllen oder nicht, d. h. ob der Punkt (a1(k)-Dach, a2(k)-Dach) auf oder unterhalb oder auf oder oberhalb der Polygonlinie (umfassend Liniensegmente Q5Q6 und Q5Q8) angeordnet ist, die durch den funktionalen Ausdruck |a1| + a2 = 1 ausgedrückt ist.
  • Wenn |a1| + a1 ≤ 1, dann liegt der Punkt (a1(k)-Dach, a2(k)-Dach), der durch die Werte von a1(k)-Dach, a2(k)-Dach nach Schritt 5-11-5 bestimmt ist im Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich (einschließlich dessen Grenzen).
  • Wenn |a1| + a1 > 1, dann wird in Schritt 5-11-12, da der Punkt (a1(k)-Dach, a2(k)-Dach) nach oben vom Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich abweicht, der Wert von a2(k)-Dach zwangsweise zu einem Wert 1 – |a1(k)-Dach| geändert, in Abhängigkeit des Wertes von a1(k)-Dach. Anders ausgedrückt, wird, während der Wert von a1(k)-Dach unverändert beibehalten wird, der Punkt (a1(k)-Dach, a2(k)-Dach) auf eine Polygonlinie verschoben, die durch den funktionalen Ausdruck |a1| + a2 = 1 ausgedrückt ist, d. h. auf das Liniensegment Q5Q6 oder das Liniensegment Q5Q8, das eine Grenze des Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereichs ist.
  • Durch die obige Verarbeitung in Schritt 5-11-5 bis 5-11-12, werden die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach derart begrenzt, dass der dadurch bestimmte Punkt (a1(k)-Dach, a2(k)-Dach) im Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich liegt. Wenn der Punkt (a1 (k)-Dach, a2(k)-Dach), der den Werten der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach entspricht, die in Schritt 5-10 bestimmt worden sind, im Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich liegt, dann werden diese Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach beibehalten.
  • Der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach bezogen auf den primären autoregressiven Term des Diskretsystem-Modells wird nicht zwangsweise geändert, insofern der Wert sich zwischen dem unteren Grenzwert A1L und dem oberen Grenzwert A1H des Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereichs befindet. Wenn a1(k)-Dach < A1L oder a1(k)-Dach > A1H, dann ist, da der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach zwangsweise zu dem unteren Grenzwert A1L geändert wird, der ein Minimalwert ist, den der Verstärkungskoeffizienten a1 im Identi fikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich annehmen kann, oder zum oberen Grenzwert, der ein Maximalwert ist, den der Verstärkungskoeffizienten a1 im Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich annehmen kann, die Änderung des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach minimal. Anders ausgedrückt, wenn der Punkt (a1(k)-Dach, a2(k)-Dach), der den Werten der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach entspricht, die in Schritt 5-10 bestimmt worden sind, vom Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich abweicht, dann wird die zwangsweise Änderung des Wertes des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach minimal gehalten.
  • Nachdem die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach begrenzt worden sind, begrenzt der Identifikator 25 den identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1(k)-Dach gemäß der zweiten Begrenzungsbedingung in Schritt 5-11-13 bis Schritt 5-11-16.
  • Insbesondere entscheidet der Identifikator 25 in Schritt 5-11-13, ob der Wert des in Schritt 5-10 bestimmten identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1 (k)-Dach gleich oder größer ist als der untere Grenzwert B1L oder nicht. Wenn der untere Grenzwert B1L größer ist als der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1 (k)-Dach, wird der Wert von B1(k)-Dach in Schritt 5-11-14 zwangsweise zum unteren Grenzwert B1L geändert.
  • Der Identifikator 25 entscheidet in Schritt 5-11-15, ob der Wert des in Schritt 5-10 bestimmten identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1(k)-Dach gleich oder kleiner ist als der obere Grenzwert B1H oder nicht. Wenn der obere Grenzwert B1H größer ist als der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1 (k)-Dach, wird der Wert von B1(k)-Dach in Schritt 5-11-16 zwangsweise zum oberen Grenzwert B1H geändert.
  • Durch die obige Verarbeitung in Schritt 5-11-13 bis 5-11-16 wird der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1 (k)-Dach zu einem Bereich zwischen dem unteren Grenzwert B1L und dem oberen Grenzwert B1H be grenzt.
  • Nachdem die Kombination der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach und des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1(k)-Dach begrenzt worden ist, bewirkt der Identifikator 25 dieselbe Verarbeitung wie in Schritt 5-11-3, Schritt 5-11-4, wie in 18 gezeigt. Insbesondere entscheidet der Identifikator 25 in Schritt 5-11-17, ob der Betrag des identifizierten Fehlers id/e, welche in Schritt 5-8 berechnet worden ist (siehe 11) einen ausreichend kleinen Wert gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ε0 aufweist oder nicht, d. h. ob der identifizierte Fehler ε0 im Wesentlichen auf "0" konvergiert ist, und ob die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach endgültig bestimmt worden sind oder nicht. Wenn |id/e| ≤ ε0, dann kehrt die Steuerung/Regelung zum in 11 gezeigten Programm zurück.
  • Wenn in Schritt 5-11-17 |id/e| > ε0 ist, dann wird in Schritt 5-11-18 der Wert des Zeitzählers tm, der verwendet wird, um die Stabilität des Sliding-mode Steuer-/Regelverfahrens, wie oben mit Bezug zur ersten Ausführungsform beschrieben, zu bestimmen, auf den Ausgangswert TM gesetzt, d. h. der Zeitzähler wird gestartet. Dann kehrt die Steuerung/Regelung zum in 11 gezeigten Programm zurück.
  • Andere Details des Betriebs des Anlagen-Steuer-/Regelsystems gemäß der zweiten Ausführungsform sind identisch mit denen des Anlagen-Steuer-/Regelsystems gemäß der ersten Ausführungsform. Die vorhergehenden Werte a1(k–1)-Dach, a2(k–1)-Dach, b1 (k–1)-Dach der identifizierten Verstärkungskoeffizienten, welche im in 11 gezeigten Schritt 5-10 zum Bestimmen der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach, b1 (k)-Dach verwendet werden, sind die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten, die gemäß der ersten und der zweiten Begrenzungsbedingung in Schritt 5-11 im vorhergehenden Steuer-/Regelzyklus begrenzt worden sind. Daher können die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach, b1(k)-Dach, die in jedem Steuer-/Regelzyklus in Schritt 5-10 bestimmt werden, einfach zu Werten reguliert werden, welche die erste und die zweite Begrenzungsbedingung erfüllen.
  • Bei der zweiten Ausführungsform kann die Verarbeitung in Schritt 8-3, der in 21 gezeigt ist, ausgelassen werden, da der obere und der untere Grenzwert für den identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1 in Schritt 5-11-13 bis Schritt 5-11-16 zu positiven Werten begrenzt werden.
  • Das Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß der zweiten Ausführungsform bietet die gleichen Vorteile wie die des Anlagen-Steuer-/Regelsystems gemäß der ersten Ausführungsform. Da zusätzlich die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach, b1 (k)-Dach gemäß der ersten und der zweiten Begrenzungsbedingung wie oben beschrieben begrenzt werden, kann zuverlässig verhindert werden, dass das durch die Sliding-mode Steuer-/Regelvorichtung 27 bestimmte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD mit einer hohen Frequenz oszilliert. Demzufolge wird ermöglicht, dass der Verbrennungsmotor 1 glatt betrieben wird, und die Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 kann mit hoher Genauigkeit am Zielwert VO2/TARGET gesteuert/geregelt werden.
  • Die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach bezogen auf des Ansprechverzugselement des Diskretsystem-Modells des Abgassystems E werden nicht individuell begrenzt, sondern in ihrer Kombination begrenzt, wobei die Werte miteinander korreliert sind. Auf diese Art und Weise ist es möglich, optimale Werte für die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach zum Steuern/Regeln der Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 am Zielwert VO2/TARGET zu erhalten, und zuverlässig zu verhindern, dass das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD mit einer hohen Frequenz oszilliert.
  • Kombinationen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach sind derart begrenzt, dass der identifizierte Verstärkungs koeffizient a1(k) bezogen auf einen autoregressiven Term von niedriger Ordnung auf der rechten Seite von Gleichung (1), d. h. der primäre autoregressive Term, oder anders ausgedrückt, der identifizierte Verstärkungskoeffizient a1(k) bezogen auf eine neuere Ausgabe VO2/OUT oder eine differentielle Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 im durch die Gleichung (1) ausgedrückten Diskretsystem-Modell, minimal geändert wird, um dadurch das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zuverlässiger für eine stabile Steuerung/Regelung zu berechnen.
  • Insofern der Identifikationskoeffizienten-Begrenzungsbereich (siehe 25) zum Begrenzen von Kombinationen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach seine Grenzen als gerade Linien festgesetzt hat, kann das Verfahren zum Begrenzen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k)-Dach, a2(k)-Dach einfach durchgeführt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die erste und zweite Ausführungsform wie oben beschrieben begrenzt, sondern kann wie folgt abgeändert werden:
    Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform wird der LAF-Sensor (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor mit einem breiten Bereich) 5 als das zweite Erfassungsmittel verwendet. Das zweite Erfassungsmittel kann allerdings einen gewöhnlichen O2-Sensor oder jeden von verschiedenen anderen Sensortypen umfassen, insofern es das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen erfassen kann.
  • Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform wird der O2-Sensor 6 als das erste Erfassungsmittel verwendet. Das erste Erfassungsmittel kann allerdings jeden von verschiedenen anderen Sensortypen umfassen, sofern es die Konzentration eines bestimmten Bestandteils eines Abgases stromabwärts des zu steuernden/regelnden Katalysators erfassen kann. Wenn zum Beispiel Kohlenmonoxide in einem Abgas stromabwärts des Katalysators gesteuert/geregelt werden soll, kann das erste Erfassungsmittel einen CO-Sensor umfassen. Wenn Stickoxide (NOx) in einem Abgas stromabwärts des Katalysators gesteuert/geregelt werden soll, kann das erste Erfassungsmittel einen NOx-Sensor umfassen. Wenn Kohlenwasserstoffe (HC) in einem Abgas stromabwärts des Katalysators gesteuert/geregelt werden soll, kann das erste Erfassungsmittel einen HC-Sensor umfassen. Wenn ein Drei-Wege-Katalysator verwendet wird, dann kann, selbst wenn die Konzentration einer der obigen Gasbestandteile erfasst wird, diese gesteuert/geregelt werden, um die Reinigungsleistung des Drei-Wege-Katalysators zu maximieren. Wenn ein Katalysator zur Oxidation oder Reduktion verwendet wird, dann kann die Reinigungsleistung des Katalysators erhöht werden, indem der zu reinigenden Gasbestandteil direkt erfasst werden kann.
  • Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform werden die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 und die differentielle Ausgabe VO2 des O2-Sensors 6 bei der Konstruktion des Diskretsystem-Modells des Abgassystems E und beim Durchführen der Verarbeitungsschritte des Identifikators 25, des Schätzers 26 und der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 verwendet. Die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 und die Ausgabe VO2/OUT des O2-Sensors 6 können direkt bei der Konstruktion des Diskretsystem-Modells des Abgassystems E und beim Durchführen der Verarbeitungsschritte des Identifikators 25, des Schätzers 26 und der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 verwendet werden. Es wird allerdings bevorzugt, die differentiellen Ausgaben kact, VO2 zu verwenden, um das Diskretsystem-Modell des Abgassystems E zu vereinfachen, und um ebenfalls die Verarbeitungsschritte des Identifikators 25, des Schätzers 26 und der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 zu vereinfachen. Der Referenzwert FLAF/BASE bezogen auf die differentielle Ausgabe kact (= KACT – FLAF/BASE) muss nicht notwendigerweise ein konstanter Wert sein, sondern kann in Abhängigkeit von der Drehzahl NE und dem Einlassdruck PB des Verbrennungsmotors 1 festgesetzt werden.
  • Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform wird die von der Bestimmungseinheit 13 der verarbeiteten Variablen des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses bestimmte verarbeitete Variable als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD (die Zieleingabe des Abgassystems E) für das in den Katalysator 3 eingeleitete Abgas verwendet, und die Menge des dem Verbrennungsmotor 1 zugeführten Kraftstoffs wird gemäß dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD mit Rückkopplung gesteuert/geregelt. Es ist allerdings möglich, dass die Bestimmungseinheit 13 der verarbeiteten Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Korrekturmenge für die Menge des dem Verbrennungsmotor 1 zugeführten Kraftstoffs bestimmt, oder es ist ebenfalls möglich, die Menge des dem Verbrennungsmotor 1 zugeführten Kraftstoffs mit einer Vorwärts-Steuerung/Regelung vom Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu steuern/regeln.
  • Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform führt die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren durch, welches im Hinblick auf den Effekt von Störungen die adaptive Kontrollregel aufweist. Die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 kann allerdings ein allgemeines Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren ohne die adaptive Kontrollregel durchführen.
  • Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform sind durch die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 zu steuernde/regelnde Zustandsgrößen zwei differentielle Ausgaben VO2(k), VO2(k–1). Es können allerdings durch die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 mehr Zustandsgrößen, d. h. differentielle Ausgaben VO2(k), VO2(k–1), VO2(k–1), usw. gesteuert/geregelt werden.
  • Wenn bei der ersten und der zweiten Ausführungsform das adaptive Slidingmode Steuer-/Regelverfahren als instabil bewertet wird, wird die verarbeitete USL-Eingabe usl zwangsweise auf einen vorbestimmten Wert gesetzt, und daher wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD auf einen vorbestimmten Wert gesetzt. Wenn allerdings das adaptive Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren als instabil bewertet wird, kann eine Steuer-/Regeleinrichtung, wie beispielsweise eine PID-Steuer-/Regeleinrichtung oder dergleichen, separat von der Bestimmungseinheit 13 der verarbeiteten Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, verwendet werden, um ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zum temporären Konvergieren des Ausgabesignals VO2/OUT des O2-Sensors 6 zum Zielwert VO2/TARGET zu bestimmen.
  • Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform werden die Verarbeitungsschritte des Schätzers 26 und die Verarbeitungsschritte der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 auf der Basis desselben Diskretsystem-Modells des Abgassystems E, das durch die Gleichung (1) ausgedrückt ist, durchgeführt. Die Verarbeitungsschritte des Schätzers 26 und die Verarbeitungsschritte der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 können allerdings auf jeweils verschiedenen Diskretsystem-Modellen durchgeführt werden. In einem derartigen Fall können Parameter des Diskretsystem-Modells für den Schätzer 26 bei vorbestimmten Werten beibehalten werden, oder können unter Verwendung eines Kennfelds oder dergleichen geeignet festgesetzt werden, in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 und dem Alterungszustand des Katalysators 3, und die Verarbeitungsschritte des Schätzers 26 können auf einem Modell eines kontinuierlichen Systems des Abgassystems E durchgeführt werden.
  • Wenn die Totzeit des Abgassystems ausreichend klein ist, dann kann der Schätzer 26 weggelassen werden. In einem derartigen Fall kann die Totzeit auf d = 0 gesetzt werden und die Verarbeitungsschritte des Schätzers 26 können bei der ersten Ausführungsform weggelassen werden. Die Slidingmode Steuer-/Regelvorrichtung kann die äquivalente Steuer-/Regeleingabe ueq, die Annäherungs-Kontrollregel-Eingabe urch und die adaptive Kontrollregel-Eingabe uadp bestimmen zum Bestimmen des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD gemäß den Gleichungen (20), (21), (25), wobei d = 0 ist. Zum Begrenzen der Werte von durch den Identifikator 25 identifizierten Parametern können gemäß der zweiten Ausführungsform Begrenzungsbedingungen experimentell oder durch Simulation festgesetzt werden, im Hinblick auf die Steuerungs/Regelungs-Stabilität unabhängig der Verarbeitungsschritte des Schätzers 26.
  • Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD durch die Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 bestimmt unter Verwendung der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 des Diskretsystem-Modells, die durch den Identifikator 25 identifiziert sind. Das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD kann allerdings unter Verwendung der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 bestimmt werden, die durch eine rekursive Steuer-/Regeleinrichtung, wie beispielsweise eine adaptive Steuer-/Regeleinrichtung oder dergleichen identifiziert sind. Alternativ kann eine Fuzzy-Steuer-/Regeleinrichtung oder eine Steuer-/Regeleinrichtung mit einem neuronalen Netzwerk verwendet werden, sofern sie das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD unter Verwendung der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 bestimmen kann.
  • Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform ist die Totzeit d des Abgassystems E auf einen vorbestimmten Wert gesetzt. Es ist allerdings möglich, die Totzeit d zusammen mit den Verstärkungskoeffizient a1, a2, b1 zu bestimmen. In einem derartigen Fall kann der Wert der identifizierten Totzeit d gemäß geeigneter Begrenzungsbedingungen wie bei der zweiten Ausführungsform begrenzt sein.
  • Bei der ersten und bei der zweiten Ausführungsform werden die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 durch den Identifikator 25 bei einer Verhaltensänderung identifiziert, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das den Katalysator 3 passiert hat, von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert. Die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 können allerdings durch den Identifikator 25 bei einer Verhaltensänderung identifiziert werden, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das den Katalysator 3 passiert hat, von einer fetten Seite zu einer mageren Seite ändert. Alternativ können die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 bei jeder beliebigen Verhaltensänderung identifiziert werden, nicht bei der besonderen Verhaltensänderung, oder können alternativ bei einer Verhaltensänderung identifiziert werden, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das den Katalysator 3 passiert hat, von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert, und bei einer Verhaltensänderung, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das den Katalysator 3 passiert hat, von einer fetten Seite zu einer mageren Seite ändert. In einem derartigen Fall sind die vom Schätzer 26 und der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 verwendeten Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 Verstärkungskoeffizienten, die tatsächlich durch den Identifikator 25 im gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus identifiziert worden sind.
  • Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform dient das Anlagen-Steuer-/Regelsystem dazu, eine Anlage zu steuern/regeln, welche das Abgassystem E umfasst. Das Anlagen-Steuer-/Regelsystem kann allerdings dazu verwendet werden, eine andere Anlage zu steuern/regeln.
  • Ein Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf 27 beschrieben.
  • Wie in 27 gezeigt, wird einer Anlage 30 eine basische Lösung zugeführt, mit einer Durchflussrate, die durch eine Durchfluss-Steuer-/Regeleinrichtung (Betätiger) 31 gesteuert/geregelt werden kann. Die Anlage 30 vermischt die zugeführte basische Lösung mit einer sauren Lösung, und rührt diese mit einem Rührer 32 zu einer vermischten Lösung.
  • Das Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß der in 27 gezeigten dritten Ausführungsform dient dazu, die Durchflussrate der der Anlage 30 zugeführten basischen Lösung zu steuern/regeln, um den pH-Wert der gemischten Lösung (des Gemisches der basischen Lösung und der sauren Lösung), welche aus der Anlage 30 ausgeleitet wird, zu einem gewünschten pH-Wert einzustellen, d. h. einem pH-Wert, der einem neutralen Wert entspricht.
  • Das Anlagen-Steuer-/Regelsystem weist einen pH-Sensor 33 (erstes Erfassungsmittel) auf, der am Auslass der Anlage 30 angeordnet ist, um den pH-Wert der aus der Anlage 30 ausgeleiteten gemischten Lösung zu erfassen, einen am Einlass der Anlage 30 angeordneten Durchflussratensensor 34 zum Erfassen der Durchflussrate der der Anlage 30 zugeführten basischen Lösung, und eine Steuer-/Regeleinheit 50 zum Durchführen von (später beschriebenen) Verarbeitungsschritten basierend auf jeweiligen Ausgaben V1/OUT, V2/OUT des pH-Sensors 33 und des Durchflussratensensors 34. Die Steuer-/Regeleinheit 35 umfasst einen Mikrocomputer oder dergleichen. Die Steuer-/Regeleinheit 35 umfasst einen Subtrahierer 36 zum Berechnen einer Differenz V1 (= V1/OUT – V1/TARGET, welche im Folgenden als die differentielle Ausgabe des pH-Sensors 33 bezeichnet wird) zwischen der Ausgabe V1/OUT des pH-Sensors 33 und einem Zielwert V1/TARGET (welcher einem Ziel-pH-Wert der gemischten Lösung entspricht) desselben, als Daten, die die Ausgabe des pH-Sensors 33 repräsentieren, einen Subtrahierer 37 zum Berechnen einer Differenz V2 (= V2/OUT – V2/REF, welche im Folgenden als eine differentielle Ausgabe V2 des Durchflussratensensors 34 bezeichnet wird) zwischen der Ausgabe V2/OUT des Durchflussratensensors 34 und einem vorbestimmten Referenzwert V1/REF (welcher ein beliebiger Wert sein kann), als Daten, die die Ausgabe des Durchflussratensensors 34 repräsentieren, eine Bestimmungseinheit 38 für eine verarbeitete Variable zum Bestimmen einer Ziel-Durchflussrate V2CMD für die der Anlage 30 zugeführte basische Lösung zum Konvergieren lassen der Ausgabe V1/OUT des pH-Sensors 33 zum Zielwert V1/TARGET, basierend auf den differentiellen Ausgaben V1, V2, als eine verarbeitete Variable zum Bestimmen der Eingabe der Anlage 30, und eine Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 39 zur Rückkopplungs-Steuerung/Regelung einer gesteuerten/geregelten Variablen für die Durchfluss-Steuer-/Regeleinheit 31 zum Angleichen der Ausgabe V2/OUT (erfasste Durchflussrate) des Durchflussratensensors 34 an die Ziel-Durchflussrate V2CMD.
  • Die Bestimmungseinheit 38 der verarbeiteten Variablen weist einen Identifikator, einen Schätzer, und eine Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung (nicht gezeigt) auf, welche identisch mit denen der Bestimmungseinheit 13 der ver arbeiteten Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der ersten Ausführungsform sind. Die Bestimmungseinheit 38 der verarbeiteten Variablen verwendet ein Diskretsystem-Modell der Anlage 30, wobei VO2, kact in der oben beschriebenen Gleichung (1) jeweils durch die differentiellen Ausgaben V1, V2 ersetzt werden, und führt die gleichen Verarbeitungsschritte durch, wie die des Identifikators 25, des Schätzers 26, und der Sliding-mode Steuer-/Regelvorrichtung 27 der Bestimmungseinheit 13 der verarbeiteten Variablen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, um identifizierte Werte (welche den identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1-Dach, a2-Dach, b1-Dach bei der ersten Ausführungsform entsprechen) von Parametern des Diskretsystem-Modells der Anlage 30 zu berechnen, wobei ein geschätzter Wert (welcher der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2-quer bei der ersten Ausführungsform entspricht), der Ausgabe V1/OUT oder der differentiellen Ausgabe V1 des pH-Sensors 33 nach einer in der Anlage 30 vorhandenen Totzeit zu berechnen, und die Ziel-Durchflussrate V2CMD (welche dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD bei der ersten Ausführungsform entspricht) unter Verwendung der identifizierten Werte der Parameter und des identifizierten Wertes des Ausgabe V1/OUT oder der differentiellen Ausgabe V1 des pH-Sensors 33 zu berechnen.
  • Das Filterverfahren im Identifikator und das Filterverfahren im Schätzer bei der ersten Ausführungsform werden im Hinblick auf die Frequenzcharakteristiken der Anlage 30 durchgeführt. Grundsätzlich kann ein Filterverfahren, bei dem einem Frequenzbereich, in dem die Verstärkung einer Änderung der Ausgabe der Anlage 30 bezogen auf eine Änderung der Eingabe der Anlage 30 relativ groß ist, ein Einfluss beigemessen wird, wie erforderlich auf die gleiche Art und Weise wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform durchgeführt werden.
  • Zum Durchführen des Identifikationsverfahrens mit dem Identifikator in einem bestimmten Verhaltenszustand der Anlage 30, kann ein zum Identifizieren von Parametern des Diskretsystem-Modells geeigneter Verhaltenszustand experimentell oder dergleichen bestimmt werden, und kann auf der Basis der Ausgabe V1/OUT oder der differentiellen Ausgabe V1 des pH-Sensors 33 erfasst werden, um das Identifikationsverfahren durchzuführen.
  • Zum Begrenzen der Werte von Parametern des Diskretsystem-Modells, die durch den Identifikator identifiziert werden sollen, wie bei der zweiten Ausführungsform, können Bedingungen zum Begrenzen der Werte der Parameter oder ihrer Kombinationen experimentell oder durch Simulation festgesetzt werden, im Hinblick auf die Steuer-/Regelbarkeit der Ausgabe V1/OUT des pH-Sensors 33 am Zielwert V1/TARGET, die Stabilität der Ziel-Durchflussrate V2CMD und die davon abhängige Stabilität des Betriebs der Durchfluss-Steuer-/Regeleinrichtung 31, auf die gleiche Art und Weise wie bei der zweiten Ausführungsform.
  • Wie bei der allgemeinen Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 15 gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform, steuert/regelt die Rückkopplungs-Steuer-/Regeleinrichtung 39 den Betrieb der Durchfluss-Steuer-/Regeleinrichtung 31 mit Rückkopplung, um die Ausgabe V2/OUT (erfasste Durchflussrate) des Durchflussratensensors 34 an die Ziel-Durchflussrate V2CMD mit einer PID-Steuer-/Regeleinrichtung, einer adaptiven Steuer-/Regeleinrichtung oder dergleichen (nicht gezeigt) anzugleichen.
  • Das Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß der in 24 gezeigten zweiten Ausführungsform kann die Ausgabe V1/OUT des pH-Sensors 33 wirksame steuern/regeln, d. h. den pH-Wert der durch die Anlage 30 erzeugten gemischten Lösung, genau bei einem gewünschten pH-Wert gemäß dem adaptiven Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren, unabhängig von einem Effekt von Störungen und der in der Anlage 30 vorhandenen Totzeit, ohne den pH der sauren Lösung, welche in der Anlage 30 mit der basischen Lösung vermischt wird, zu kennen.
  • Das Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß der in 27 gezeigten dritten Ausführungsform kann auf die gleiche Art und Weise abgeändert werden wie das Anlagen-Steuer-/Regelsystem gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform, bei denen das Abgassystem E als eine Anlage angesehen ist.

Claims (31)

  1. Anlagen-Steuer-/Regelsystem zum Steuern/Regeln einer Anlage (E), welche als ein Diskretsystem-Modell modelliert ist, welches ein Element umfasst, das sich auf einen Ansprechverzug der Anlage bezieht, umfassend: einen Betätiger (1) zum Erzeugen einer Eingabe in die Anlage (E); ein erstes Erfassungsmittel (6) zum Erfassen einer Ausgabe aus der Anlage; ein zweites Erfassungssmittel (5) zum Erfassen der Eingabe in die Anlage, welche vom Betätiger (1) erzeugt ist; Identifikationsmittel (25) zum Identifizieren von festzusetzenden Parametern des Diskretsystem-Modells, basierend auf Daten, welche eine Ausgabe (VO2/OUT) des ersten Erfassungsmittels (6) repräsentieren und auf Daten, welche eine Ausgabe (KACT) des zweiten Erfassungsmittels (5) repräsentieren; und ein Bestimmungsmittel (13) für verarbeitete Variablen zum Bestimmen einer verarbeiteten Variablen (KCMD), welche die Eingabe in die Anlage bestimmt, um den Betrieb des Betätigers (1) zu steuern/regeln, so dass die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) an einen vorbestimmten Zielwert (VO2/TARGET) angeglichen wird, gemäß einem vorbestimmten Algorithmus, welcher die Parameter des Diskretsystem-Modells verwendet, welche durch das Identifikationsmittel (2) identifiziert sind, wobei die verarbeitete Variable (KCMD), die von dem Bestimmungsmittel (13) für verarbeitete Variablen bestimmt werden soll, eine Zieleingabe in die Anlage umfasst, und wobei das Anlagen-Steuer-/Regelsystem ferner umfasst: Rückkopplungs-Steuer-/Regelmittel (14) für einen Rückkopp lungs-Steuer-/Regelbetrieb des Betätigers (1), so dass die Ausgabe (KACT) des zweiten Erfassungsmittels (5) an die Zieleingabe (KCMD) angeglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmungsmittel (13) für verarbeitete Variablen Mittel umfasst zum Bestimmen der verarbeiteten Variable (KCMD) aus den Daten, welche die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) repräsentieren, gemäß einem Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren.
  2. Anlagen-Steuer-/Regelsystem nach Anspruch 1, wobei die Anlage ein System aus einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors umfasst, welches von einer Position stromaufwärts eines Katalysators (3) im Abgassystem bis zu einer Position stromabwärts des Katalysators (3) reicht, und wobei die Eingabe in die Anlage (E) ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von vom Verbrennungsmotor als dem Betätiger (1) erzeugten und in den Katalysator (3) eingeleiteten Abgasen umfasst und die Ausgabe aus der Anlage die Konzentration eines Bestandteils der Abgase, welche den Katalysator (3) durchströmt haben, umfasst.
  3. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die durch das Identifikationsmittel (25) identifizierten Parameter einen Verstärkungskoeffizienten (b1) des Elements, das sich auf einen Ansprechverzug der Anlage bezieht, umfassen.
  4. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die die Ausgabe (VO2/OUT) repräsentierenden Daten des ersten Erfassungsmittels (6) eine Differenz (VO2) zwischen der Ausgabe (VO2/OUT) des ersten Erfassungsmittels und dem Zielwert (VO2/TARGET) umfassen, und die die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels repräsentierenden Daten eine Differenz (kact) zwischen der Ausgabe (KACT) des zweiten Erfassungsmittels (5) und einem vorbestimmten Referenzwert (FLAF/BASE) umfassen.
  5. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Diskretsystem-Modell ein Element umfasst, das sich auf eine Totzeit (d) der Anlage (E) bezieht, ferner umfassend: ein Schätzmittel (26) zum Erzeugen von Daten, welche einen geschätzten Wert (VO2) der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) nach der Totzeit (d) repräsentieren, basierend auf den die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) repräsentierenden Daten und den die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels (5) repräsentierenden Daten im Diskretsystem-Modell; wobei das Bestimmungsmittel (13) für verarbeitete Variablen Mittel zum Bestimmen der verarbeiteten Variable umfasst, so dass der geschätzte Wert (VO2) der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) nach der Totzeit (d), welcher durch die vom Schätzmittel erzeugten Daten repräsentiert wird, an den Zielwert (VO2/TARGET) angeglichen wird.
  6. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 5, wobei die vom Identifikationsmittel (25) identifizierten Parameter einen Verstärkungskoeffizienten (
    Figure 01270001
    ) des Elements, das sich auf den Ansprechverzug des Diskretsystem-Modells bezieht, und einen Verstärkungskoeffizienten des Elements, das sich auf die Totzeit (d) bezieht, umfassen.
  7. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 5, wobei die die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) repräsentierenden Daten eine Differenz (VO2) zwischen der Ausgabe (VO2/OUT) des ersten Erfassungsmittels (6) und dem Zielwert (VO2/TARGET) umfassen und die die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels (5) repräsentierenden Daten eine Differenz (kact) zwischen der Ausgabe (KACT) des zweiten Erfassungsmittels (5) und einem vorbestimmten Referenzwert (FLAF/BASE) umfassen, und wobei die durch das Schätzmittel (26) erzeugten Daten, welche den geschätzten Wert (VO2) der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) nach der Totzeit (d) repräsentieren, eine Differenz zwischen dem geschätzten Wert der Ausgabe (VO2) des ersten Erfassungsmittels (6) und dem Zielwert (VO2/TARGET) umfassen.
  8. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 5, wobei das Bestimmungsmittel (13) für verarbeitete Variablen ein Mittel zum Bestimmen der verarbeiteten Variable (KCMD) aus den Daten, welche den geschätzten Wert (VO2) der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) nach der Totzeit (d) umfassen, gemäß einem Sliding-mode Steuer-/Regelverfahren umfasst.
  9. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 1, wobei das Bestimmungsmittel (13) für verarbeitete Variablen ein Mittel zum Bestimmen der verarbeiteten Variable (KCMD) gemäß einem adaptiven Slidingmode Steuer-/Regelverfahren umfasst, welches den Effekt einer Störung oder eines Modellierfehlers berücksichtigt.
  10. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 8, wobei das Bestimmungsmittel (13) für verarbeitete Variablen ein Mittel zum Bestimmen der verarbeiteten Variable (KCMD) gemäß einem adaptiven Slidingmode Steuer-/Regelverfahren umfasst, welches den Effekt einer Störung oder eines Modellierfehlers berücksichtigt.
  11. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 1, wobei das Rückkopplungs-Steuer-/Regelmittel (14) eine rekursive Steuer-/Regeleinrichtung (15) umfasst.
  12. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 11, wobei die rekursive Steuer-/Regeleinrichtung (15) eine adaptive Steuer-/Regeleinrichtung umfasst.
  13. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Identifikationsmittel (25) ein Mittel zum Identifizieren der Parameter gemäß einem Algorithmus umfasst, um einen Fehler zwischen einem identifizierten Wert (VO2) der Daten, die die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) im Diskretsystem-Modell repräsentieren, und den Daten, die die tatsächlichen Daten (VO2) des ersten Erfassungsmittels (6) repräsentieren, zu minimieren, ferner umfassend ein Mittel zum Filtern des identifizierten Werts (VO2) der Daten, die die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) im Diskretsystem-Modell repräsentieren, und der Daten, die die tatsächlichen Daten (VO2) des ersten Erfassungsmittels (6) repräsentieren, mit vorbestimmten identischen Frequenzcharakteristiken, welche einen vorbestimmten gewichteten Frequenzbereich aufweisen, wenn das Identifikationsmittel (25) den Fehler berechnet.
  14. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 13, wobei die Frequenzcharakteristiken so festgesetzt sind, dass Frequenzcharakteristiken einer Verstärkung des Diskretsystem-Modells und Frequenzcharakteristiken einer Verstärkung der Anlage im Wesentlichen identische Trends aufweisen, und die Verstärkung des Diskretsystem-Modells bei jeder Frequenz größer ist als die Verstärkung der Anlage bei jeder Frequenz.
  15. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 13, wobei die Frequenzcharakteristiken so festgesetzt sind, dass Frequenzcharakteristiken einer Verstärkung des Diskretsystem-Modells und Frequenzcharakteristiken einer Verstärkung der Anlage im Wesentlichen identische Trends aufweisen, und die Verstärkung des Diskretsystem-Modells in einem Frequenzbereich außerhalb des vorbestimmten gewichteten Frequenzbereichs bei jeder Frequenz größer ist als die Verstärkung der Anlage bei jeder Frequenz.
  16. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 1, wobei das Identifikationsmittel ein Mittel zum Identifizieren der Parameter abhängig von einem speziellen Verhalten der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) umfasst.
  17. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 2, wobei das Identifikationsmittel ein Mittel zum Identifizieren der Parameter abhängig von einem speziellen Verhalten der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) umfasst.
  18. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 17, wobei das erste Erfassungsmittel (6) einen Sauerstoffkonzentrations-Sensor (O2) umfasst zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in den Abgasen, welche den Katalysator (3) durchströmt haben, wobei das spezielle Verhalten derart ist, dass sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase, welches durch die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) repräsentiert wird, von einer mageren Seite zu einer fetten Seite ändert.
  19. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Identifikationsmittel (25) ein Mittel umfasst zum Entscheiden, ob die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) das spezielle Verhalten aufweist, basierend auf einem Wert einer vorbestimmten Funktion, welche von einer Mehrzahl von gegenwärtigen und vorhergehenden Zeitreihendaten bestimmt wird, welche die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) repräsentieren.
  20. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 1, wobei das Identifikationsmittel (25) ein Mittel umfasst zum Begrenzen der vom Identifikationsmittel (25) zu identifizierenden Parameterwerte auf Werte, welche vorbestimmte Bedingungen erfüllen.
  21. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 2, wobei das Identifikationsmittel (25) ein Mittel umfasst zum Begrenzen der vom Identifikationsmittel (25) zu identifizierenden Parameterwerte auf Werte, welche vorbestimmte Bedingungen erfüllen.
  22. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 5, wobei das Schätzmittel (26) ein Mittel zum Erzeugen der Daten umfasst, welche den geschätzten Wert (VO2) der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) nach der Totzeit (d) repräsentieren, gemäß einem vorbestimmten Schätzalgorithmus, welcher verwendet: die Daten, die die Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (6) repräsentieren, die Daten, die die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels (5) repräsentieren, und eine Mehrzahl von Koeffizientenwerten, welche durch vom Identifikationsmittel (25) zu identifizierende Parameterwerte bestimmt werden, und wobei das Identifikationsmittel (25) ein Mittel umfasst zum Begrenzen der Parameterwerte auf Werte, welche vorbestimmte Bedingungen erfüllen, wobei die vorbestimmten Bedingungen derart festgesetzt sind, dass die durch die Parameterwerte bestimmten Koeffizientenwerte in einer vorbestimmten Kombination bereitgestellt sind.
  23. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die vorbestimmten Bedingungen eine Bedingung umfassen zum Begrenzen von Kombinationen von Werten von wenigstens zwei der Parameter zu einer vorbestimmten Kombination.
  24. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die vorbestimmten Bedingungen eine Bedingung umfassen zum Begrenzen eines Werts wenigstens eines der durch das Identifikationsmittel (25) zu identifizierenden Parameter, auf einen oberen und einen unteren Grenzwert.
  25. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei das Identifikationsmittel (25) ein Mittel umfasst, um in jedem Steuer-/Regelzyklus die Parameterwerte, die in vergangenen Steuer-/Regelzyklen bestimmt worden sind, zu aktualisieren und zu identifizieren, wobei die vergangenen Parameterwerte, die in dem Algorithmus verwendet werden, auf Werte begrenzt sind, welche vor bestimmte Bedingungen erfüllen.
  26. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei das Element, das sich auf den Ansprechverzug des Diskretsystem-Modells bezieht, ein Element umfasst, welches sich auf einen primären autoregressiven Term bezieht, und ein Element umfasst, welches sich auf einen sekundären autoregressiven Term bezieht, wobei die vom Identifikationsmittel (25) zu identifizierenden Parameter einen ersten Verstärkungskoeffizienten (a1) des Elements, welches sich auf den primären autoregressiven Term bezieht, und einen zweiten Verstärkungskoeffizienten (a2) des Elements, welches sich auf den sekundären autoregressiven Term bezieht, umfassen, und wobei die vorbestimmten Bedingungen derart festgesetzt sind, dass sich ein Punkt auf einer Koordinatenebene, welche zwei Koordinatenkomponenten aufweist, die durch Werte des ersten und des zweiten Verstärkungskoeffizienten repräsentiert werden, in einem vorbestimmten, auf dem Koordinatensystem definierten, Bereich befindet.
  27. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 26, wobei der vorbestimmte Bereich gerade Grenzen aufweist.
  28. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 26, wobei der vorbestimmte Bereich Grenzen aufweist, und wobei wenigstens ein Abschnitt der Grenzen durch einen vorbestimmte Funktionsbeschreibung definiert ist, welche Variablen aufweist, die durch den ersten (a1) und den zweiten (a2) Verstärkungskoeffizienten repräsentiert sind.
  29. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 26, wobei das Identifikationsmittel (25) ein Mittel umfasst zum Ändern der Werte des ersten (a1) und des zweiten (a2) Verstärkungskoeffizienten zu Werten in dem vorbestimmten Bereich, um eine Änderung des Wertes des ersten Verstärkungskoeffizienten (a1) zu minimieren, um dadurch die Werte des ersten (a1) und des zweiten (a2) Verstärkungskoeffizienten zu begrenzen, wenn ein Punkt auf der Koordinatenebene, welche durch die Werte des ersten (a1) und des zweiten (a2) Verstärkungskoeffizienten bestimmt ist, wobei die Verstärkungskoeffizienten durch die Daten identifiziert sind, die die Ausgaben des ersten und des zweiten Erfassungsmittels repräsentieren, aus dem vorbestimmten Bereich abweicht.
  30. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend ein Mittel zum Bestimmen der Stabilität eines von dem Identifikationsmittel (25) ausgeführten Verfahrens zum Identifizieren der Parameter, wobei das Identifikationsmittel (25) ein Mittel umfasst zum Zurücksetzen von Parameterwerten oder von einer vorbestimmten Variablen, welche vom Identifikationsmittel im Verfahren zum Identifizieren der Parameter verwendet wird, auf einen vorbestimmten Ausgangswert, wenn das vom Identifikationsmittel zum Identifizieren der Parameter ausgeführte Verfahren als instabil bewertet wird.
  31. Anlagen-Steuer-Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend ein Mittel zum Bestimmen der Stabilität eines von dem Bestimmungsmittel (13) für verarbeitete Variablen zum Bestimmen der verarbeiteten Variable (KCMD) ausgeführte Verfahrens, wobei das Identifikationsmittel (25) ein Mittel umfasst zum Zurücksetzen von Parameterwerten oder von einer vorbestimmten Variablen, welche vom Identifikationsmittel im Verfahren zum Identifizieren der Parameter verwendet wird, auf einen vorbestimmten Ausgangswert, wenn das vom Bestimmungsmittel (13) für verarbeitete Variablen zum Bestimmen der verarbeiteten Variable (KCMD) ausgeführte Verfahren als instabil bewertet wird.
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