JP2002182706A - Control system with learning function - Google Patents

Control system with learning function

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JP2002182706A
JP2002182706A JP2000384189A JP2000384189A JP2002182706A JP 2002182706 A JP2002182706 A JP 2002182706A JP 2000384189 A JP2000384189 A JP 2000384189A JP 2000384189 A JP2000384189 A JP 2000384189A JP 2002182706 A JP2002182706 A JP 2002182706A
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JP
Japan
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learning
value
output value
input
input value
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JP2000384189A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoko Fujime
葉子 藤目
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Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control system with a learning function which can improve learning precision without increasing the use quantity and the operation time of a memory and without damaging versatility in learning of operation by FNN(Fuzzy Neural Network) and the like. SOLUTION: A part 17b for learning operation for intake air volume is provided with an output value conversion function reducing the dynamic range of an output value and an input value conversion function converting an input value with respect to an area where the output value with respect to the input value is large for reducing an error between a result after learning and teacher data without increasing the number of membership functions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、メカトロニクスな
どの制御系における制御量の設定を、ファジィニューラ
ルネットワーク(以下FNN)などを利用した学習によ
って行う学習機能付き制御系に係り、特に、学習に使用
するメンバシップ関数の数を増やすことなく、しかも、
学習時の汎化性を損なわずに学習精度を向上するのに好
適な学習機能付き制御系に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control system with a learning function for setting a control amount in a control system for mechatronics or the like by learning using a fuzzy neural network (hereinafter, FNN) or the like. Without increasing the number of membership functions
The present invention relates to a control system with a learning function suitable for improving learning accuracy without impairing generalization at the time of learning.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、車やバイクなどの車両のエンジン
を制御するに当たり、スロットル開度やエンジン回転数
から目標A/F(空燃比)を設定し、同じくスロットル
開度やエンジン回転数から吸入空気量を算出し、目標A
/Fと吸入空気量とに基づいて燃料噴射量を算出設定す
るものがある。このとき、エンジン性能の個体差や、経
年変化等に対応するためにスロットル開度及びエンジン
回転数から吸入空気量を算出する演算部にFNN等の学
習機能を付加し、例えば、スロットル開度やエンジン回
転数を入力値、吸入空気量を出力値とする入出力関係を
教師データとして、それを走行中にリアルタイムに学習
することが考えられている。なお、FNNを用いるのは
学習機能に汎化性を付与するためである。汎化性とは、
或るデータが、その周辺のデータに影響を与えることで
あり、この場合は、学習したデータで制御特性がなだら
かに変化するようにしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in controlling an engine of a vehicle such as a car or a motorcycle, a target A / F (air-fuel ratio) is set based on a throttle opening and an engine speed, and suction is similarly performed based on a throttle opening and an engine speed. Calculate the air amount and set the target A
In some cases, the fuel injection amount is calculated and set based on / F and the intake air amount. At this time, a learning function such as FNN is added to a calculation unit that calculates the intake air amount from the throttle opening and the engine speed in order to cope with individual differences in engine performance, aging, and the like. It is considered that the input / output relationship using the engine speed as an input value and the intake air amount as an output value is used as teacher data and learned in real time during traveling. The use of FNN is for imparting generalization to the learning function. Generalization is
That is, certain data affects the data around it. In this case, the control characteristics are changed smoothly with the learned data.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の学習方法では、吸入空気量の教師データが急激な変
化をする領域を学習させる場合に、その学習精度を高め
る理由から、その領域に対して多くのメンバシップ関数
を割り当てて学習を行うため、メンバシップ関数が増え
ると、必要なメモリと演算に要する時間が増大する上
に、メンバシップ関数を増やした分だけ学習結果が周辺
の入出力関係に対して与える影響範囲が狭くなるため、
学習結果は、入力値の狭い範囲に対してしか適正な値を
出力しないような特性を持つ可能性がある。すなわち、
学習後の制御特性は、学習ポイントにおいて急峻な変化
を見せ易くなるので、メンバシップ関数を増やして学習
精度を高めようとすると、学習時の汎化性を損なう恐れ
があった。
However, in the above-described conventional learning method, when a region where the teacher data of the intake air amount changes rapidly is learned, the learning accuracy is increased for the reason. Since learning is performed by assigning many membership functions, if the number of membership functions increases, the required memory and the time required for computation increase, and the learning result increases and decreases as the number of membership functions increases. The range of impact on
There is a possibility that the learning result has a characteristic that an appropriate value is output only in a narrow range of the input value. That is,
Since the control characteristic after learning tends to show a steep change at the learning point, if the membership function is increased to increase the learning accuracy, generalization at the time of learning may be impaired.

【0004】そこで、本発明は、このような従来の技術
の有する未解決の課題に着目してなされたものであっ
て、FNN等による学習演算において、メモリの使用量
や演算時間を増やさずに、しかも、汎化性を損なうこと
なく学習精度を高めることが可能な学習機能付き制御系
を提供することを目的としている。
Accordingly, the present invention has been made in view of such unresolved problems of the prior art. In learning operation by FNN or the like, the present invention has been made without increasing memory usage and operation time. Further, it is an object of the present invention to provide a control system with a learning function capable of increasing the learning accuracy without impairing generalization.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る請求項1記載の学習機能付き制御系
は、入力値と出力値との関係を教師データとして学習
し、その学習内容に従って制御量を設定するようにした
学習機能付き制御系であって、前記出力値のダイナミッ
クレンジが小さくなるように前記出力値を変換してから
学習することを特徴としている。
In order to achieve the above object, a control system with a learning function according to the first aspect of the present invention learns a relationship between an input value and an output value as teacher data, and learns the learning. A control system with a learning function for setting a control amount according to contents, wherein the learning is performed after converting the output value so that the dynamic range of the output value is reduced.

【0006】従って、ダイナミックレンジが小さくなる
ように出力値を所定の関数やデータ変換テーブルなどを
用いて変換すると、入力値に対する出力値の学習誤差が
小さくなり、学習精度が向上する。つまり、教師データ
の数はそのままに、出力値のダイナミックレンジを小さ
くしてから学習を行うので、例えば、FNNを学習に利
用したときに、メンバシップ関数を多数割り当てる必要
がなくなり、その分だけ汎化性を損なわず、且つ消費メ
モリの増大や演算に要する時間の増大をまねくことなく
学習精度を向上させることが可能である。
Therefore, if the output value is converted by using a predetermined function or a data conversion table so that the dynamic range is reduced, the learning error of the output value with respect to the input value is reduced, and the learning accuracy is improved. That is, since learning is performed after reducing the dynamic range of the output value without changing the number of teacher data, for example, when FNN is used for learning, it is not necessary to allocate a large number of membership functions, and the generalized function is accordingly reduced. The learning accuracy can be improved without impairing the operability and without increasing the memory consumption or the time required for the calculation.

【0007】また、請求項2記載の学習機能付き制御系
においては、入力値と出力値との関係を教師データとし
て学習し、その学習内容に従って制御量を設定するよう
にした学習機能付き制御系であって、前記入力値に対す
る出力値が大きくに変化する領域では、その領域の前記
出力値の変化がなだらかになるように前記入力値を変換
してから学習することを特徴としている。
In the control system with a learning function according to the present invention, the relationship between the input value and the output value is learned as teacher data, and the control amount is set according to the learning content. In a region where the output value corresponding to the input value largely changes, learning is performed after converting the input value so that the output value in the region changes gradually.

【0008】従って、入力値を所定の関数やデータ変換
テーブルなどを用いて変換することで、メンバシップ関
数の数を増やさずに出力値の変化の激しい領域をなだら
かにしてから学習を行えるようなる。つまり、例えばF
NNを学習に利用したときに、変化の激しい領域にメン
バシップ関数を多数割り当てる必要がなくなり、その分
だけ汎化性を損なわず、且つ消費メモリの増大や演算に
要する時間の増大をまねくことなく学習精度を向上させ
ることが可能である。
Therefore, by converting the input value using a predetermined function or a data conversion table or the like, learning can be performed after the area where the output value changes rapidly becomes smooth without increasing the number of membership functions. . That is, for example, F
When the NN is used for learning, it is not necessary to assign a large number of membership functions to a rapidly changing area, and the generalization is not impaired by that much, and the memory consumption and the time required for the calculation are not increased. Learning accuracy can be improved.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1ないし図18は、本発明に係
る学習機能付き制御系の実施の形態を示す図である。ま
ず、本発明に係る学習機能付き制御系を車両のエンジン
制御に適用した場合の構成を図1に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る学習機能付き制御系を、電子制御
式燃料噴射装置を備えるエンジンの制御に適用した概略
構成図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 18 are diagrams showing an embodiment of a control system with a learning function according to the present invention. First, a configuration in a case where a control system with a learning function according to the present invention is applied to engine control of a vehicle will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram in which a control system with a learning function according to the present invention is applied to control of an engine including an electronically controlled fuel injection device.

【0010】図中、エンジン制御系1は、エンジン動力
部2と、燃料タンク3と、各種センサと、エンジンを適
正な状態に駆動制御するための電子制御装置であるEC
U(Electronic Controll Unit)4と、電子制御によって
燃料を噴射するインジェクタ5と、点火用の高圧電流を
作り出す点火コイル6と、供給された高圧電流によって
電気火花を作り出す点火プラグ7と、シリンダ内に空気
を吸入すると共に、インジェクタ5によって噴射される
燃料をシリンダ内に供給するための吸気管12と、燃焼
ガスを排出するための排気管13と、から構成されてい
る。
In FIG. 1, an engine control system 1 includes an engine power unit 2, a fuel tank 3, various sensors, and an electronic control unit (EC) for controlling the driving of the engine to an appropriate state.
A U (Electronic Control Unit) 4, an injector 5 for injecting fuel by electronic control, an ignition coil 6 for generating a high-voltage current for ignition, a spark plug 7 for generating an electric spark by the supplied high-voltage current, and The engine includes an intake pipe 12 for sucking air and supplying fuel injected by the injector 5 into the cylinder, and an exhaust pipe 13 for discharging combustion gas.

【0011】エンジン動力部2は、シリンダ2aと、同
シリンダ2a内において燃料の燃焼により発生する膨張
力によって往復運動するピストン2bと、この往復運動
を回転運動に変換するためのクランクシャフト2dと、
ピストン2bとクランクシャフト2dとを連動させるた
めのコンロッド2cと、図示しないカムによって吸気管
12の通路を開閉するための吸気バルブ2eと、同じく
図示しないカムによって排気管13の通路を開閉するた
めの排気バルブ2fと、を備えている。
The engine power unit 2 includes a cylinder 2a, a piston 2b reciprocating by an expansion force generated by fuel combustion in the cylinder 2a, a crankshaft 2d for converting the reciprocating motion into a rotary motion,
A connecting rod 2c for interlocking the piston 2b and the crankshaft 2d, an intake valve 2e for opening and closing the passage of the intake pipe 12 by a cam (not shown), and an opening and closing mechanism for opening and closing the passage of the exhaust pipe 13 by a cam (not shown). And an exhaust valve 2f.

【0012】各種センサとしては、排気A/Fを検出す
るための空燃比センサ8と、スロットル開度を検出する
ためのスロットルセンサ9と、エンジンの回転数及び燃
料の噴射と点火のタイミングを検出するためのクランク
角センサ10と、吸気管内部の吸入空気量を検出するた
めの吸気管負圧センサ11とを備え、それぞれ検出結果
をECU4に伝送する。また、他にもエンジン水温セン
サ等のセンサを備えているが、本発明に直接関係しない
ので説明を省く。
Various sensors include an air-fuel ratio sensor 8 for detecting an exhaust A / F, a throttle sensor 9 for detecting a throttle opening, and a detection of an engine speed and fuel injection and ignition timing. And a suction pipe negative pressure sensor 11 for detecting the amount of intake air inside the intake pipe. In addition, although other sensors such as an engine water temperature sensor are provided, they are not directly related to the present invention, and thus description thereof is omitted.

【0013】燃料タンク3は、燃料からごみを取り除く
ためのフィルタ3aと、後述するプレッシャーレギュレ
ータ3cに燃料を送り出すための燃料ポンプ3bと、イ
ンジェクタ5が燃料を噴射する圧力を保持するためのプ
レッシャレギュレータ3cと、を備えている。つまり、
燃料タンク3内の燃料は、フィルタ3aによってごみを
取り除かれた後に、燃料ポンプ3bによってプレッシャ
レギュレータ3cに送られ、ここで高圧状態に保持され
ながらインジェクタ5によって吸気管12を通じてシリ
ンダ2a内に燃料を噴射する。噴射された燃料は、同じ
く吸気管12を通ってシリンダ2a内に流入する空気と
混ざり合い、この混合状態の燃料に対して、点火コイル
6で作られた高圧電流から点火プラグ7で電気火花を発
生させ、これにより点火する。この点火による燃料の燃
焼は大きな膨張力を生み出し、シリンダ2a内のピスト
ン2bを往復運動させる。そして、この往復運動をコン
ロッド2cによってクランクシャフト2dに伝え、そこ
で回転運動へと変換する。
The fuel tank 3 includes a filter 3a for removing dust from the fuel, a fuel pump 3b for sending the fuel to a pressure regulator 3c described later, and a pressure regulator for maintaining a pressure at which the injector 5 injects the fuel. 3c. That is,
After the fuel in the fuel tank 3 is removed by the filter 3a, the fuel is sent to the pressure regulator 3c by the fuel pump 3b. Inject. The injected fuel is mixed with the air flowing into the cylinder 2 a through the intake pipe 12, and an electric spark is generated by the ignition plug 7 from the high-voltage current generated by the ignition coil 6 for the fuel in the mixed state. And then ignite. The combustion of the fuel by the ignition generates a large expansion force, and reciprocates the piston 2b in the cylinder 2a. Then, this reciprocating motion is transmitted to the crankshaft 2d by the connecting rod 2c, where it is converted into a rotational motion.

【0014】このようなエンジン制御系1において、E
CU4は、その機能の一つとして、インジェクタ5を有
する電子式燃料噴射装置による燃料の噴射を電子制御す
る役割を担っており、入力情報を記憶させるRAM(Ran
dom Access Memory)と、エンジンの動作を制御するため
のプログラムの記憶されたROM(Read Only Memory)
と、プログラムを実行するためのCPUと、を備えてい
る。
In such an engine control system 1, E
As one of its functions, the CU 4 has a role of electronically controlling the injection of fuel by the electronic fuel injection device having the injector 5, and a RAM (Ran) for storing input information.
dom Access Memory) and ROM (Read Only Memory) in which a program for controlling the operation of the engine is stored.
And a CPU for executing the program.

【0015】図7は、電子制御式燃料噴射装置の構成を
示すブロック図である。以下、図7に基づいて構成を説
明する。電子制御式燃料噴射装置16は、ECU4の有
するROMに記憶された燃料噴射量制御プログラム17
と、同プログラム17によって決定された燃料噴射量に
従って燃料を噴射するインジェクタ5とから構成されて
いる。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the electronically controlled fuel injection device. Hereinafter, the configuration will be described with reference to FIG. The electronically controlled fuel injection device 16 includes a fuel injection amount control program 17 stored in a ROM of the ECU 4.
And an injector 5 for injecting fuel in accordance with the fuel injection amount determined by the program 17.

【0016】燃料噴射量制御プログラム17は、後述す
る入力値変換部17aと、吸入空気量の算出及び車両の
走行が定常状態になると、目標A/Fとなる適正な吸入
空気量を出力するために学習演算を行う吸入空気量学習
演算部17bと、初期学習時に既に変換されている出力
値を逆変換して実際に燃料噴射量の算出に適用可能な値
に戻すデータ逆変換部17cと、算出された吸入空気量
から燃料噴射量を算出する燃料噴射量演算部17dと、
車両の走行が定常状態になると目標A/Fと排気A/F
とから両者のずれを補正するための補正量を算出する補
正量演算部17eと、から構成されている。
The fuel injection amount control program 17 is used to output an appropriate intake air amount serving as a target A / F when an input value conversion unit 17a, which will be described later, calculates the intake air amount and the vehicle travels in a steady state. An intake air amount learning operation unit 17b for performing a learning operation, and a data inverse conversion unit 17c for performing an inverse conversion of the output value already converted at the time of the initial learning and returning the output value to a value that is actually applicable to the calculation of the fuel injection amount. A fuel injection amount calculation unit 17d that calculates a fuel injection amount from the calculated intake air amount,
When the vehicle travels in a steady state, the target A / F and the exhaust A / F
And a correction amount calculation unit 17e for calculating a correction amount for correcting the difference between the two.

【0017】入力値変換部17aは、学習後の結果と、
教師データとの誤差を軽減するために、入力値に対する
出力値の変化の大きい領域に対して変化がなだらかにな
るように入力値の変換を行っている。また、本実施の形
態において、吸入空気量学習演算部17bでは、学習機
能としてFNNを用いており、このFNNは、実験室等
で予め初期学習が行われており、そのときに用いられた
エンジンに対しては、目標A/Fとなるような吸入空気
量を算出するように学習がなされている状態のものを使
用する。ここで、FNNの初期学習に対しては入力値変
換部17aと同様に学習誤差を低減するために、出力値
のダイナミックレンジが小さくなるように出力値の変換
も行っているため、学習後のFNNからの出力値は上記
したデータ逆変換部17cによって実際に燃料噴射量の
演算に適用可能な値に逆変換する必要がある。
The input value conversion unit 17a outputs the result after learning,
In order to reduce the error from the teacher data, the input value is converted so that the change is gentle in an area where the output value largely changes with respect to the input value. Further, in the present embodiment, the intake air amount learning calculation unit 17b uses FNN as a learning function, and this FNN is subjected to initial learning in a laboratory or the like in advance, and the engine used at that time is used. In the case of (1), a state in which learning is performed so as to calculate an intake air amount that becomes a target A / F is used. Here, for the initial learning of the FNN, the output value is also converted so that the dynamic range of the output value is reduced in order to reduce the learning error as in the input value conversion unit 17a. The output value from the FNN needs to be inversely converted by the data inverse conversion unit 17c into a value that can be actually applied to the calculation of the fuel injection amount.

【0018】より具体的な動作を説明すると、エンジン
が始動してCPUによって燃料噴射量制御プログラム1
7が実行されると、クランク角センサ10によって検出
されたエンジン回転数及びスロットルセンサ9によって
検出されたスロットル開度から、吸入空気量学習演算部
17bによって吸入空気量を算出する。このとき、スロ
ットル開度に対しては、入力値変換部17aによって入
力値の変換が行われ、変換後の値が吸入空気量学習演算
部17bに入力される。そして、算出された吸入空気量
は、データ逆変換部17cにおいて逆変換されてから燃
料噴射量演算部17cに入力され、そこで、予め設定さ
れている目標A/Fに従って燃料噴射量を決定し、イン
ジェクタ5によってシリンダ2aに燃料が噴射される。
More specifically, the operation of the engine will be described.
When step 7 is executed, the intake air amount learning calculation unit 17b calculates the intake air amount from the engine speed detected by the crank angle sensor 10 and the throttle opening detected by the throttle sensor 9. At this time, the input value conversion is performed on the throttle opening by the input value conversion unit 17a, and the converted value is input to the intake air amount learning calculation unit 17b. Then, the calculated intake air amount is inversely converted by the data inverse conversion unit 17c and then input to the fuel injection amount calculation unit 17c, where the fuel injection amount is determined according to a preset target A / F. Fuel is injected into the cylinder 2 a by the injector 5.

【0019】また、車両の走行が安定し、エンジンが定
常運転されるようになると補正量演算部17bは、空燃
比センサ8によって検出された排気管13内の排気A/
Fと、目標A/Fとのずれから補正量を算出し、吸入空
気量を目標A/Fとなるように補正する。すなわち、排
気A/Fをフィードバックして吸入空気量を補正するフ
ィードバック制御を行う。ここで、本実施の形態では、
定常状態になると吸入空気量学習演算部17bにおいて
FNNを用い、吸入空気量を出力値、また、検出したス
ロットル開度及びエンジン回転数を入力値とし、目標A
/Fとなる補正後の吸入空気量を記録し、この値を教師
データとして、入力値と出力値との関係を走行中にリア
ルタイムに学習する。
When the running of the vehicle is stabilized and the engine is operated steadily, the correction amount calculating section 17b detects the exhaust A / A in the exhaust pipe 13 detected by the air-fuel ratio sensor 8.
A correction amount is calculated from the difference between F and the target A / F, and the intake air amount is corrected so as to become the target A / F. That is, feedback control for correcting the intake air amount by feeding back the exhaust A / F is performed. Here, in the present embodiment,
In the steady state, the intake air amount learning calculation unit 17b uses FNN to set the intake air amount as an output value and the detected throttle opening and engine speed as input values.
The corrected intake air amount that becomes / F is recorded, and this value is used as teacher data to learn the relationship between the input value and the output value in real time during traveling.

【0020】よって、以降は、定常状態時においても、
各種センサによって同様の入力値が検出されたときに
は、学習後の入出力関係で決定される吸入空気量を、シ
リンダ2a内に供給するようなフィードフォワード制御
を行うようになり、また、学習が行われておらず、且つ
排気A/Fと目標A/Fとに許容できないずれがある入
力値に対しては、フィードバック制御により吸入空気量
の補正を行い、更に、補正後のその値を教師データとし
てFNNによる学習を行う。
Therefore, thereafter, even in the steady state,
When similar input values are detected by various sensors, feedforward control is performed so that the intake air amount determined by the input / output relationship after learning is supplied into the cylinder 2a. For an input value that is not controlled and has an unacceptable difference between the exhaust A / F and the target A / F, the intake air amount is corrected by feedback control, and the corrected value is used as the teacher data. And learning by FNN is performed.

【0021】図9は、エンジン制御系における、スロッ
トル開度と目標A/Fとなる吸入空気量との関係を、実
際の数値によって示した図である。この吸入空気量は学
習の際の教師データとなるもので、図9より明らかなよ
うに、その数値は、特に、エンジン回転数が高回転にな
るほどダイナミックレンジが大きく、また、スロットル
開度が25°未満の低開度域においては、入力値に対す
る出力値の変化が大きくなっている。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the throttle opening and the intake air amount serving as the target A / F in the engine control system by actual numerical values. This intake air amount serves as teacher data at the time of learning. As is clear from FIG. 9, the numerical value is particularly large as the engine speed becomes higher, the dynamic range becomes larger, and the throttle opening becomes 25%. In the low opening range of less than °, the change of the output value with respect to the input value is large.

【0022】よって、本実施の形態において、初期学習
時には入力値、出力値ともに上記したような変換を行っ
てから学習を行っており、実際に、この初期学習後のF
NNを使用した電子制御式燃料噴射装置16は、入力値
の変換を行う入力値変換部17a及びFNN演算後の出
力値を逆変換するデータ逆変換部17cを備えた構成と
している。以下、入出力値の変換による効果を、まずは
図2〜図7に示す簡易例に基づいて簡単に説明する。
Therefore, in the present embodiment, at the time of the initial learning, the learning is performed after performing the above-described conversion for both the input value and the output value.
The electronically controlled fuel injection device 16 using the NN includes an input value conversion unit 17a for converting an input value and a data inverse conversion unit 17c for inversely converting an output value after the FNN operation. Hereinafter, the effects of the conversion of the input / output values will be briefly described first based on the simple examples shown in FIGS.

【0023】図2は、関数y=x2の入力値xの範囲1
〜10に対する出力値y(1〜100)との関係を示す
図である。また、図3は、図2の入出力関係を、出力値
y(1〜100)を、0〜1の範囲で正規化して、且つ
学習機能にFNNを用いて学習した場合の、正規の入出
力値、学習結果及びその誤差を示す図である。なお、こ
の誤差は、正規の出力値に対して学習結果が0.99ず
れたときの誤差を示しており、これは、正規の出力値
(1〜100)のダイナミックレンジ99(100−
1)に対する1%の誤差(0.99)が、学習結果全体
に均一に生じた場合を想定している。そして、図4は、
図3と同様の評価を、出力値を1/x化して行ったとき
のものである。
FIG. 2 shows the range 1 of the input value x of the function y = x 2.
It is a figure which shows the relationship with the output value y (1-100) with respect to. FIG. 3 shows the input / output relationship of FIG. 2 when the output value y (1 to 100) is normalized in the range of 0 to 1 and learned using FNN for the learning function. It is a figure which shows an output value, a learning result, and its error. Note that this error indicates an error when the learning result is shifted by 0.99 with respect to the normal output value, and is the dynamic range 99 (100−100) of the normal output value (1 to 100).
It is assumed that a 1% error (0.99) with respect to 1) occurs uniformly in the entire learning result. And FIG.
The same evaluation as in FIG. 3 is performed when the output value is reduced to 1 / x.

【0024】ここで、例えば、許容誤差を2%以内とす
ると、図3に示すように、出力値のダイナミックレンジ
を変換しない場合は、入力値xが1〜7のとき、誤差が
2%よりも大きく、許容誤差から外れる。特に、x=1
のときは誤差が99%と非常に大きな値となり、全体的
な傾向としては、入力値xが小さい程、ダイナミックレ
ンジに対する1%の誤差が与える影響は大きくなってい
る。
Here, for example, assuming that the allowable error is within 2%, as shown in FIG. 3, when the dynamic range of the output value is not converted, when the input value x is 1 to 7, the error is less than 2%. Is also large and deviates from the tolerance. In particular, x = 1
In this case, the error has a very large value of 99%. As a general tendency, the smaller the input value x, the greater the effect of the 1% error on the dynamic range.

【0025】一方、図4では、上記同様2%以内の許容
誤差について、その学習結果は、入力値xが1〜4のと
きは、誤差が2%より大きく、許容範囲から外れている
が、入力値xが5〜10のときは、誤差が2%より小さ
く、許容範囲内に入っている。また、入力値xが1〜4
のときも、誤差は2%以下にはならないが、変換前に比
べると大幅に低減しており、特に、xが1のときには誤
差が9%となっているので、変換前の学習結果に対する
誤差99%に対して約1/10になっている。
On the other hand, in FIG. 4, as for the allowable error within 2%, the learning result shows that when the input value x is 1 to 4, the error is larger than 2% and is out of the allowable range. When the input value x is 5 to 10, the error is smaller than 2% and is within the allowable range. Also, if the input value x is 1 to
In the case of, the error is not less than 2%, but is significantly reduced as compared with that before the conversion. In particular, when x is 1, the error is 9%, so that the error with respect to the learning result before the conversion is obtained. It is about 1/10 for 99%.

【0026】更に、入力値変換の効果を、図5及び図6
に基づいて説明する。図5は、入力値x<15の領域に
おいて出力値yの変化が大きい場合の入出力関係の一例
を示す図である。また、図6は、x<15の領域におい
て、入力値xをx’=5*x−60に変換した場合の入
出力関係を示す図である。図6に示すように、変換後の
入出力関係は、変換前に比べて、図5における入力値x
<15の領域に存在した出力値の大きな変化がなくな
り、なだらかになっている。
FIGS. 5 and 6 show the effect of the input value conversion.
It will be described based on. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the input / output relationship when the change in the output value y is large in a region where the input value x <15. FIG. 6 is a diagram illustrating an input / output relationship when the input value x is converted to x ′ = 5 * x−60 in the region of x <15. As shown in FIG. 6, the input / output relationship after the conversion is smaller than that before the conversion by the input value x in FIG.
The large change in the output value existing in the region <15 has disappeared and the output value has become smooth.

【0027】つまり、FNNは、出力値のダイナミック
レンジの大きい入出力関係や、入力値に対する出力値の
変化の大きい入出力関係に対して、その変化が大きい程
学習精度が低下するので、通常は、学習精度を高めるた
めにメンバシップ関数の数を増やすことでこれを補う。
しかし、そのようにすると、FNNなどの学習機能の特
性である汎化性が損なわれてしまう恐れが出てくる。本
発明は、この汎化性を損なわずに学習精度を高めるため
に、上記両変換によって、出力値の大きなダイナミック
レンジを小さくしたり、また、入力値に対して出力値の
変化の大きい領域に対しては、入力値を変換すること
で、その変化をなだらかにしたりし、メンバシップ関数
の数をそのままに、学習精度を高めることを狙ってい
る。
That is, the learning accuracy of the FNN decreases as the change in the input / output relationship with a large dynamic range of the output value or the input / output relationship with a large change in the output value with respect to the input value decreases. This is compensated for by increasing the number of membership functions to increase learning accuracy.
However, in such a case, there is a fear that generalization property, which is a characteristic of a learning function such as FNN, is impaired. In order to improve the learning accuracy without impairing the generalizability, the present invention reduces the dynamic range of a large output value by the above-mentioned two transformations, and also reduces the dynamic range of the output value with respect to the input value. On the other hand, by converting the input values, the change is made smoother, and the aim is to increase the learning accuracy while keeping the number of membership functions unchanged.

【0028】上記両変換の効果を踏まえて、エンジン制
御系1において、電子制御式燃料噴射装置16に対する
学習機能付き制御の動作を、図8〜図18に基づいて説
明する。ここでは、メンバシップ関数の数を増やさずに
学習精度を向上させるために、上記した入力値変換部1
7aにより、入力値であるスロットル開度に対してはス
ロットル開度が25°未満の入力値を変換し、また、初
期学習時に出力値をダイナミックレンジが小さくなるよ
うに変換しているので、吸入空気量学習演算部17bの
出力値である吸入空気量に対してはデータ逆変換部17
cによって燃料噴射量の演算に適用可能な値に逆変換し
ている。
Based on the effects of the two conversions, the operation of the control with the learning function for the electronically controlled fuel injection device 16 in the engine control system 1 will be described with reference to FIGS. Here, in order to improve the learning accuracy without increasing the number of membership functions, the above-described input value conversion unit 1 is used.
According to 7a, the throttle opening as an input value is converted into an input value having a throttle opening of less than 25 °, and the output value is converted during the initial learning so as to reduce the dynamic range. The data inversion unit 17 converts the output value of the air amount learning operation unit 17b into the intake air amount.
c is inversely converted into a value applicable to the calculation of the fuel injection amount.

【0029】図8は、通常運転時の燃料噴射量制御プロ
グラム17の処理を示すフローチャートであり、図18
は、定常状態で且つ学習時の燃料噴射量制御プログラム
17の処理を示すフローチャートである。まず、図8に
基づいて通常運転時の処理の流れを説明する。図8に示
すように、ステップS800に移行して、入力値変換部
17aは、スロットルセンサ9及びクランク角センサ1
0から、スロットル開度及びエンジン回転数をそれぞれ
取得してステップS802に移行する。
FIG. 8 is a flowchart showing the processing of the fuel injection amount control program 17 during normal operation.
9 is a flowchart showing a process of the fuel injection amount control program 17 in a steady state and at the time of learning. First, the flow of processing during normal operation will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the process proceeds to step S800, where the input value conversion unit 17a sets the throttle sensor 9 and the crank angle sensor 1
From 0, the throttle opening and the engine speed are obtained, and the flow shifts to step S802.

【0030】ステップS802では、入力値変換部17
aにおいて、スロットル開度が25°未満か否かを判定
して、25°未満の場合(Yes)はステップS804に移
行し、25°以上の場合(No)は吸入空気量学習演算部1
7bにそのままの値を伝送してステップS806に移行
する。ステップS804に移行した場合は、スロットル
開度が25°未満であるので、入力値変換部17aにお
いて入力値を変換することになる。入力値の変換は、ス
ロットル開度をTHL、変換後の拡張スロットル開度を
ETHLとして、以下の式(1)に従って変換を行う。
In step S802, the input value converter 17
At a, it is determined whether or not the throttle opening is less than 25 °. If the throttle opening is less than 25 ° (Yes), the process proceeds to step S804. If it is not less than 25 ° (No), the intake air amount learning calculation unit 1
The value is transmitted as it is to 7b, and the process moves to step S806. When the process proceeds to step S804, since the throttle opening is less than 25 °, the input value conversion unit 17a converts the input value. The input value is converted according to the following equation (1), where the throttle opening is THL and the converted extended throttle opening is ETHL.

【0031】 ETHL=((THL−18)*25)÷7・・・・・・・・・(1) すなわち、入力されたスロットル開度THL(°)から
18°を減算し、その値を25倍して、更にその算出結
果を7で割算したものが変換後のスロットル開度ETH
Lとなる。入力値の変換が終了すると吸入空気量学習演
算部17bに変換後の値を伝送してステップS806に
移行する。
ETHL = ((THL-18) * 25) ÷ 7 (1) That is, 18 ° is subtracted from the input throttle opening THL (°), and the value is subtracted. The converted throttle opening ETH is obtained by multiplying 25 and further dividing the calculation result by 7.
L. When the conversion of the input value is completed, the converted value is transmitted to the intake air amount learning calculation unit 17b, and the flow shifts to step S806.

【0032】ステップS806では、吸入空気量学習演
算部17bにおいて、スロットル開度が25°未満のも
のに対しては変換後のものが、また、25°以上のもの
に対しては検出されたスロットル開度がそのまま用いら
れて、FNNによる順方向演算が行われる。そして、F
NNによって吸入空気量を算出するとステップS808
に移行する。ここで、順方向演算とは、FNNによる学
習演算を行わずに、FNNの適用対象である制御系に普
通に入力値を入力して出力値を算出することである。
In step S806, in the intake air amount learning calculation unit 17b, the throttle opening degree is less than 25 °, the converted one is obtained, and the throttle opening degree is more than 25 °, the detected throttle amount is obtained. The opening degree is used as it is, and the forward calculation by the FNN is performed. And F
When the intake air amount is calculated by NN, step S808
Move to Here, the forward calculation means that an input value is normally input to a control system to which the FNN is applied and an output value is calculated without performing a learning calculation by the FNN.

【0033】ステップS808に移行すると、変換前の
吸入空気量をM_at、変換後の吸入空気量をEM_at
とし、データ逆変換部17cにおいて、出力された変換
後の吸入空気量に対して以下に示す式(2)に従って逆
変換を施す。 M_at=(50*EM_at)÷(THL+30)・・・・・・(2) すなわち、変換後の吸入空気量EM_atを50倍し
て、更にその値を、スロットル開度THLに30加算し
た数値で割算した値が吸入空気量M_atとなる。逆変
換が終了するとステップS810に移行する。よって、
この逆変換により、変換された吸入空気量は、燃料噴射
量演算部17dにおいて燃料噴射量の算出に適用可能な
値に戻ることになる。
In step S808, the intake air amount before conversion is M_at, and the intake air amount after conversion is EM_at.
The data inverse conversion unit 17c performs inverse conversion on the output converted intake air amount according to the following equation (2). M_at = (50 * EM_at) ÷ (THL + 30) (2) That is, the converted intake air amount EM_at is multiplied by 50, and the obtained value is obtained by adding 30 to the throttle opening THL. The value obtained by the division becomes the intake air amount M_at. Upon completion of the inverse transformation, the flow shifts to step S810. Therefore,
By this inverse conversion, the converted intake air amount returns to a value applicable to the calculation of the fuel injection amount in the fuel injection amount calculation unit 17d.

【0034】ここで、式(2)より、出力値は以下に示
す式(3)によって変換されていることが解る。 EM_at=(M_at*(THL+30))÷50・・・・・・(3) すなわち、算出された吸入空気量M_atと、入力され
たスロットル開度THLから30°を減算した値とを積
算した結果を、更に50で割算したものが変換後の吸入
空気量EM_atとなる。
Here, from the equation (2), it is understood that the output value is converted by the following equation (3). EM_at = (M_at * (THL + 30)) ÷ 50 (3) That is, the result of integrating the calculated intake air amount M_at and a value obtained by subtracting 30 ° from the input throttle opening THL. Is further divided by 50 to obtain the converted intake air amount EM_at.

【0035】ステップS810に移行すると、燃料噴射
量演算部17dによって、算出された吸入空気量と、目
標A/Fとから、必要な燃料噴射量を算出して、制御信
号をインジェクタ5へと伝送して処理を終了する。すな
わち、エンジンが定常運転に移行し、且つ学習対象とな
る入力値が入力されない限りは、ステップS800〜ス
テップS810の処理を繰り返し、FNNの順方向演算
によるフィードフォワード制御を行うことになる。
In step S810, the required fuel injection amount is calculated from the calculated intake air amount and the target A / F by the fuel injection amount calculation unit 17d, and a control signal is transmitted to the injector 5. And terminate the processing. That is, as long as the engine shifts to the steady operation and the input value to be learned is not input, the processes of steps S800 to S810 are repeated, and the feedforward control by the forward calculation of the FNN is performed.

【0036】次に、図18に基づいて、エンジンが定常
運転となり、且つ学習対象となる入力値が入力された場
合の処理の流れを説明する。まず、図18に示すよう
に、ステップS1800に移行して、エンジンが定常運
転をしていて、且つ学習対象の入力値であるか否かを判
定し、定常運転且つ学習対象の入力値である場合(Yes)
はステップS1802に移行し、そうでない場合(No)は
図8に示すステップS800に移行して通常運転時の処
理を行う。
Next, the flow of processing when the engine is in steady operation and an input value to be learned is input will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 18, the process proceeds to step S1800, where it is determined whether the engine is operating in a steady state and is an input value to be learned. If (Yes)
Shifts to step S1802, and if not (No), shifts to step S800 shown in FIG. 8 to perform the processing during normal operation.

【0037】ステップS1802に移行した場合は、フ
ィードバック制御を開始し、空燃比センサ8によって排
気管13内の排気A/Fを検出して、そのデータを補正
量演算部17eに伝送してステップS1804に移行す
る。ステップS1804に移行すると、補正量演算部1
7eにおいて排気A/Fと目標A/Fとの差が算出さ
れ、このとき、その差が許容範囲内(例えば0.05%
内)にあるか否かを判定し、許容範囲内である場合(Ye
s)はステップS1806に移行し、そうでない場合は、
補正量を算出して吸入空気量を補正し、ステップS18
02に移行する。すなわち、排気A/Fと目標A/Fと
の差が許容範囲内に納まるまでフィードバック制御によ
る補正を行う。
If the flow shifts to step S1802, feedback control is started, the exhaust air A / F in the exhaust pipe 13 is detected by the air-fuel ratio sensor 8, and the data is transmitted to the correction amount calculation unit 17e. Move to In step S1804, the correction amount calculation unit 1
7e, the difference between the exhaust air-fuel ratio and the target air-fuel ratio is calculated, and the difference is within an allowable range (for example, 0.05%).
), And if it is within the allowable range (Ye
s) moves on to step S1806, otherwise,
The amount of intake air is corrected by calculating the correction amount, and the process proceeds to step S18.
Move to 02. That is, the correction by the feedback control is performed until the difference between the exhaust A / F and the target A / F falls within an allowable range.

【0038】ステップS1806に移行した場合は、吸
入空気量学習演算部17bによって補正後の吸入空気量
を教師データとして取得し、ステップS1808に移行
する。ステップS1808に移行すると、このときの定
常運転時の入力値に対する吸入空気量の補正は完了した
ので、フィードバック制御を終了してステップS181
0に移行する。
When the flow shifts to step S1806, the corrected intake air amount is acquired as teacher data by the intake air amount learning calculation unit 17b, and the flow shifts to step S1808. In step S1808, since the correction of the intake air amount with respect to the input value during the steady operation at this time has been completed, the feedback control is ended, and step S181 is performed.
Move to 0.

【0039】ステップS1810に移行すると、吸入空
気量学習演算部17bにおいて、定常運転時の順方向演
算における入力値に対する出力値が、取得した教師デー
タと同じ値となるようにFNNによる学習演算を繰り返
し行い、その演算結果が許容誤差範囲内(例えば0.0
5%内)に納まると処理を終了する。つまり、定常運転
に移行し、その入力値に対する教師データの取得及びそ
のときの学習が完了していないものに関しては、ステッ
プS1802〜ステップS1808のフィードバック制
御及びステップS1810のFNNによる学習演算が行
われる。また、教師データの取得及びそのときの教師デ
ータに対するFNNによる学習が完了しているものに対
しては、以後、図8に示すステップS800〜ステップ
S810のフィードフォワードによる処理を行うことに
なる。
In step S1810, the intake air amount learning operation unit 17b repeats the learning operation by the FNN so that the output value corresponding to the input value in the forward operation during steady operation becomes the same value as the acquired teacher data. And the calculation result is within an allowable error range (for example, 0.0
When the value falls within 5%), the process ends. In other words, when the operation shifts to the steady operation and the acquisition of the teacher data for the input value and the learning at that time are not completed, the feedback control in steps S1802 to S1808 and the learning calculation by the FNN in step S1810 are performed. Further, for those for which the acquisition of the teacher data and the learning by the FNN for the teacher data at that time have been completed, the processing by the feedforward of steps S800 to S810 shown in FIG. 8 will be performed thereafter.

【0040】更に、本実施の形態に実際の数値を用いた
一例を図9〜図17に基づいて説明する。図9は、出力
値変換前のスロットル開度及びエンジン回転数と教師デ
ータである補正後の吸入空気量との関係を示す図であ
る。また、図10は、図9の入出力関係を、その出力値
である吸入空気量の最小値0.0007(kg/sec)と最大
値0.0141(kg/sec)との範囲を0〜1の数値に正規
化して学習したときの、スロットル開度及びエンジン回
転数と学習結果との関係を示す図である。なお、この学
習結果は、正規の出力値に対して0.000134ずれ
たときの結果を示しており、これは、正規の出力値のダ
イナミックレンジ0.0134(0.0141−0.0
007)に対する1%の誤差0.000134(kg/sec)
が、学習結果全体に均一に生じた場合を想定している。
そして、図11は、図9の入出力関係に対して、その出
力値を上記式(3)で変換したときの、スロットル開度
と出力値の圧縮率との関係を示す図である。更に、図1
2は、図9の入出力関係に対する出力値を上記式(3)
により変換したものであり、図13は、図10と同様の
評価を図12の入出力関係に対して行ったものである。
Further, an example using actual numerical values in the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a diagram showing a relationship between the throttle opening and the engine speed before the output value conversion and the corrected intake air amount which is the teacher data. Further, FIG. 10 shows the input / output relationship of FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a throttle opening, an engine speed, and a learning result when learning is performed by normalizing to a numerical value of 1; Note that this learning result shows a result at the time of being shifted from the normal output value by 0.0000134, which is the dynamic range of the normal output value 0.0134 (0.0141−0.04).
007) 1% error 0.000134 (kg / sec)
Is assumed to occur uniformly in the entire learning result.
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the throttle opening and the compression ratio of the output value when the output value is converted by the above equation (3) with respect to the input / output relationship of FIG. Further, FIG.
2 is the output value with respect to the input / output relationship of FIG.
13 is obtained by performing the same evaluation as in FIG. 10 on the input / output relationship in FIG.

【0041】図10に示すように、スロットル開度が低
開度域である20°付近では誤差は大きなものとなって
おり、特に、エンジン回転数が2000rpmでスロッ
トル開度18°のときは、誤差が20%となっている。
つまり、低開度域では、高開度域と比べてダイナミック
レンジに対する1%の誤差が学習結果に与える影響は非
常に大きなものとなっている。
As shown in FIG. 10, the error is large near the throttle opening of 20 ° which is a low opening range. In particular, when the engine speed is 2000 rpm and the throttle opening is 18 °, The error is 20%.
In other words, the effect of a 1% error on the dynamic range on the learning result is very large in the low opening range compared to the high opening range.

【0042】そこで、図12のように出力値変換を行う
ことによって、出力値のダイナミックレンジを小さくす
る。図12は、図11に示す圧縮率で出力値のダイナミ
ックレンジが圧縮されて小さくなっており、また、出力
値の変換は、図11に示すように、低開度域をそのまま
にして、高開度域になるほど高圧縮になるような傾向と
なっている。よって、図12に示すように、スロットル
開度と圧縮された吸入空気量との関係における出力値の
最小値は0.000724(kg/sec)、最大値は0.00
6079(kg/sec)となっており、ダイナミックレンジは
0.05355となり変換前と比べて半分以下になって
いる。従って、最小値〜最大値の範囲を0〜1に正規化
してから学習した場合に、その誤差が出力値全体に均一
に生じたとすると、1%の誤差は0.00005355
(kg/sec)となるので、図13に示すように、誤差の影響
の大きい低開度域のスロットル開度である20°付近に
おいても誤差の最大値は8%以下と変換前と比べて半分
以下となっており、また、全体的に見ても変換前より大
幅に学習結果に対する誤差が低減している。
Therefore, by performing output value conversion as shown in FIG. 12, the dynamic range of the output value is reduced. FIG. 12 shows that the dynamic range of the output value is compressed and reduced at the compression ratio shown in FIG. 11, and the conversion of the output value is performed while maintaining the low opening range as shown in FIG. There is a tendency that the higher the opening, the higher the compression. Therefore, as shown in FIG. 12, the minimum value of the output value in the relationship between the throttle opening and the compressed intake air amount is 0.007242 (kg / sec), and the maximum value is 0.00.
6079 (kg / sec), and the dynamic range is 0.05355, which is less than half that before conversion. Therefore, if learning is performed after normalizing the range from the minimum value to the maximum value to 0 to 1 and the error occurs uniformly in the entire output value, a 1% error is 0.00005355.
(kg / sec), as shown in FIG. 13, the maximum value of the error is 8% or less even at around 20 °, which is the throttle opening in the low opening range where the influence of the error is large, as compared with before conversion. The error is less than half, and the error in the learning result is greatly reduced as compared to before conversion.

【0043】次に、上記出力値の変換に加えて、入力値
の変換による学習結果の一例を説明する。図14は、入
力値であるスロットル開度を、上記式(1)による変換
前のスロットル開度及びエンジン回転数と出力値変換後
の教師データである補正後の吸入空気量との関係を図に
したものである。また、図15は、図14の入出力関係
を、スロットル開度が18°〜90°の間で正規化し、
且つ8ビットのCPUを用いて学習したときの、スロッ
トル開度及びエンジン回転数と学習結果との関係を示す
図である。なお、この学習結果は、入力値が0.281
25°ずれた場合の学習結果を示しており、これは、入
力値全体に1ビット(0.28125°)のずれが生じ
た場合を想定している。そして、図16は、図10の入
出力関係における入力値を、上記式(1)によって変換
したものである。更に、図17は、図15と同様の評価
を図16に対して行ったものである。
Next, an example of the learning result by the conversion of the input value in addition to the conversion of the output value will be described. FIG. 14 is a graph showing the relationship between the throttle opening, which is an input value, and the throttle opening before conversion by the above equation (1), the engine speed, and the corrected intake air amount, which is teacher data after output value conversion. It was made. FIG. 15 normalizes the input / output relationship of FIG. 14 when the throttle opening is between 18 ° and 90 °,
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a throttle opening, an engine speed, and a learning result when learning is performed using an 8-bit CPU. Note that this learning result is obtained when the input value is 0.281.
The learning result in the case of a shift of 25 ° is shown, assuming that a shift of 1 bit (0.28125 °) occurs in the entire input value. FIG. 16 is a graph obtained by converting the input values in the input / output relationship of FIG. 10 by the above equation (1). FIG. 17 shows the same evaluation as FIG. 15 performed on FIG.

【0044】図15に示すように、スロットル開度25
°未満の低開度域において大きな誤差が発生しており、
特にスロットル開度20°においてはエンジン回転数2
000rpmで約0.14%の誤差が発生している。一
方、図16では、入力値変換によりスロットル開度25
°未満の領域が変換前の図14に比べてなだらかになっ
ている。そして、この全体的に見てなだらかになった入
力値に対して、図15と同様の学習を行うと、図17に
示すように、学習結果に対する誤差は、エンジン回転数
2000rpm〜6000rpmの範囲における100
0刻みの値全てに対して、誤差範囲が0.05%以内と
いった非常に小さな範囲に納まるようになる。
As shown in FIG. 15, the throttle opening 25
A large error has occurred in the low opening range of less than °,
Especially at a throttle opening of 20 °, the engine speed is 2
An error of about 0.14% occurs at 000 rpm. On the other hand, in FIG. 16, the throttle opening 25
The area of less than ° is smoother than in FIG. 14 before the conversion. When the same learning as in FIG. 15 is performed on the input value that has become smooth as a whole, as shown in FIG. 17, the error with respect to the learning result is within the range of the engine speed 2,000 rpm to 6000 rpm. 100
The error range falls within a very small range such as 0.05% or less for all the values in increments of 0.

【0045】以上、本発明に係る燃料噴射量制御プログ
ラム17は、吸入空気量学習演算部17bとして、大き
なダイナミックレンジを有する出力値に対して、そのダ
イナミックレンジが小さくなるように出力値を変換して
からFNNによる初期学習を行ったものを用いているの
で、実際のリアルタイムな学習演算時においても、メン
バシップ関数を増やさずに学習後の出力に生じる誤差を
低減させることが可能となる。
As described above, the fuel injection amount control program 17 according to the present invention, as the intake air amount learning calculation unit 17b, converts an output value having a large dynamic range so that the dynamic range becomes small. Since the initial learning by the FNN is performed after that, the error generated in the output after learning can be reduced without increasing the membership function even in the actual real-time learning calculation.

【0046】また、吸入空気量学習演算部17bは、初
期学習時及びリアルタイムな学習時においても入力値に
対する出力値の変化が大きな領域に対しては、その領域
がなだらかになるように入力値を変換してから学習を行
うので、特に、入力値にずれが生じた場合などに、学習
後の出力に生じる誤差を低減させることが可能となる。
In addition, the intake air amount learning calculation unit 17b determines the input value so that the region where the output value changes greatly with respect to the input value is gentle even in the initial learning and the real-time learning. Since the learning is performed after the conversion, it is possible to reduce an error generated in the output after the learning, particularly when the input value is shifted.

【0047】また、上記入出力値の変換によって、メン
バシップ関数や教師データの数を増やさずに学習を行う
ので、学習演算によるメモリの使用量及び演算時間の増
大を防ぐことが可能となり、且つ、汎化性を損なわない
学習を行うことが可能となる。ここで、図7の入力値変
換部17a及び吸入空気量学習演算部17bは請求項1
記載の学習機能付き制御系に対応し、図8のステップS
800〜ステップS810、図18のステップS180
0〜S1810の処理を行う。
Further, since the learning is performed without increasing the number of membership functions and teacher data by the conversion of the input / output values, it is possible to prevent the memory usage and the operation time from being increased by the learning operation, and Thus, it is possible to perform learning without impairing generalization. Here, the input value conversion unit 17a and the intake air amount learning calculation unit 17b of FIG.
8 corresponds to the control system with a learning function described in FIG.
800 to step S810, step S180 in FIG.
0 to S1810 are performed.

【0048】なお、上記実施の形態においては、制御対
象に対して、そのままFNNによる学習機能付き制御系
を適用しているが、これに限らず、制御対象をモデル化
して制御するモデル制御方法において学習機能付き制御
系を適用しても良い。これにより、例えば、図19に示
すようなモデル制御方法によるエンジン制御に学習機能
付き制御系を適用することにより、学習演算を用いた体
積効率の演算部等において、上記実施の形態と同様に、
データの形状によって出力データの圧縮や入力軸の拡張
を行うことでメンバシップ関数の削減及び学習精度の向
上が可能となる。
In the above embodiment, the control system with the learning function by the FNN is applied to the control object as it is. However, the present invention is not limited to this. In the model control method for modeling and controlling the control object. A control system with a learning function may be applied. Thus, for example, by applying a control system with a learning function to engine control by a model control method as shown in FIG. 19, in a volume efficiency calculation unit using a learning calculation, etc., as in the above embodiment,
By compressing the output data and expanding the input axis depending on the shape of the data, the membership function can be reduced and the learning accuracy can be improved.

【0049】また、上記実施の形態においては、学習機
能としてFNNを用いているが、これに限らず、学習能
力を有するものであれば、ニューラルネットワーク、C
MAC(Cerebeller Model Arithmetic Computer)など、
どのような学習演算手法を用いても良い。また、上記実
施の形態においては、車両のエンジン制御に学習機能付
き制御系を適用しているが、これに限らず、本発明の主
旨を逸脱しない範囲でどのような制御対象に適用しても
良い。
In the above embodiment, FNN is used as a learning function. However, the present invention is not limited to this.
MAC (Cerebeller Model Arithmetic Computer), etc.
Any learning calculation method may be used. Further, in the above embodiment, the control system with the learning function is applied to the engine control of the vehicle. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to any control object without departing from the gist of the present invention. good.

【0050】また、上記実施の形態においては、スロッ
トル開度及び吸入空気量を式(1)及び式(3)によっ
てそれぞれ変換しているが、これに限らず、対象とする
エンジンの特性に合わせて変換する式を適切なものに変
更して行っても良いし、また、変換する対象もスロット
ル開度及び吸入空気量に限らず、空燃比制御に係り、且
つ本発明を適用可能な数値であればどうのようなもので
も良い。
Further, in the above embodiment, the throttle opening and the intake air amount are converted by the equations (1) and (3), respectively. However, the present invention is not limited to this. The expression to be converted may be changed to an appropriate expression, and the object to be converted is not limited to the throttle opening and the amount of intake air, but is related to the air-fuel ratio control and is a numerical value applicable to the present invention. Anything is acceptable.

【0051】また、上記実施の形態においては、入力値
及び出力値の変換を関数によって行っているが、これに
限らず、対応する数値を配列などによってテーブル化す
るデータ変換テーブルなど別の手段を用いて行っても良
い。
In the above embodiment, the conversion of the input value and the output value is performed by a function. However, the present invention is not limited to this, and another means such as a data conversion table for tabulating the corresponding numerical values by an array or the like may be used. You may use it.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る請求
項1記載の学習機能付き制御系によれば、大きなダイナ
ミックレンジを有する出力値に対して、分解能を高めた
りせずに、そのダイナミックレンジが小さくなるように
出力値を変換してから学習を行うので、学習演算に使用
するAD変換機やCPUのビット数を上げることなく学
習精度を向上させることが可能となり、また学習機能と
してニューラルネットワークを使用した場合は、メンバ
シップ関数を増加せずに学習精度を向上させることが可
能となるので汎化性を損なわない学習がをさせることが
可能である。
As described above, according to the control system with the learning function according to the first aspect of the present invention, the dynamic value of the output value having a large dynamic range can be increased without increasing the resolution. Since learning is performed after converting the output value so that the range becomes smaller, it is possible to improve the learning accuracy without increasing the number of bits of the AD converter and the CPU used for the learning operation. When a network is used, the learning accuracy can be improved without increasing the membership function, so that learning without impairing generalization can be performed.

【0053】また、本発明に係る請求項2記載の学習機
能付き制御系によれば、入力値に対する出力値の変化の
大きい領域に対して、分解能を高めたりせずに、その入
力値を、出力の変化がなだらかになるように変換してか
ら学習を行うので、学習演算に使用するAD変換機やC
PUのビット数を上げることなく学習精度を向上させる
ことが可能となり、また学習機能としてニューラルネッ
トワークを使用した場合は、メンバシップ関数を増加せ
ずに学習精度を向上させることが可能となるので汎化性
を損なわない学習をさせることが可能である。
According to the control system with a learning function according to the second aspect of the present invention, the input value can be changed without increasing the resolution in an area where the output value greatly changes with respect to the input value. Since learning is performed after converting so that the output changes smoothly, the AD converter and C
The learning accuracy can be improved without increasing the number of PU bits, and when a neural network is used as the learning function, the learning accuracy can be improved without increasing the membership function. It is possible to make learning that does not impair the transformation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る学習機能付き制御系を、電子制御
式燃料噴射装置を備えるエンジンの制御に適用した概略
構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram in which a control system with a learning function according to the present invention is applied to control of an engine including an electronically controlled fuel injection device.

【図2】関数y=x2の入力値xの範囲1〜10に対す
る出力値yとの関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between an output value y and a range 1 to 10 of an input value x of a function y = x 2 .

【図3】y=x2の入出力関係を学習した場合に、1%
の誤差(0.99)が、学習結果全体に均一に生じた場
合の、学習前の入出力値に対する学習後の出力結果を示
す表である。
FIG. 3 shows 1% when the input / output relationship of y = x 2 is learned.
11 is a table showing output results after learning with respect to input / output values before learning when an error (0.99) occurs uniformly in the entire learning result.

【図4】出力値のダイナミックレンジをy=1/xに変
換してから学習した場合に、図3同様1%の誤差が学習
結果全体に均一に生じた場合の学習後の結果を示す表で
ある。
4 is a table showing a result after learning when an error of 1% occurs uniformly in the entire learning result as in FIG. 3 when learning is performed after converting the dynamic range of the output value to y = 1 / x. It is.

【図5】入力値x<15の領域において出力値の変化が
大きい場合の入出力関係の一例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an input / output relationship when a change in an output value is large in a region where an input value x <15.

【図6】入力値xをx’=5*x−60に変換した場合
の入出力関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an input / output relationship when an input value x is converted into x ′ = 5 * x−60.

【図7】電子制御式燃料噴射装置の構成を示す詳細ブロ
ック図である。
FIG. 7 is a detailed block diagram illustrating a configuration of an electronically controlled fuel injection device.

【図8】通常運転時で且つ学習時の燃料噴射量制御プロ
グラムの処理を示すフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of a fuel injection amount control program during normal operation and during learning.

【図9】出力値変換前のスロットル開度及びエンジン回
転数と教師データである補正後の吸入空気量との関係を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a throttle opening and an engine speed before output value conversion and a corrected intake air amount which is teacher data.

【図10】出力値変換前の入出力関係を学習したときの
吸入空気量のダイナミックレンジに対する1%の誤差が
学習結果全体に均一に生じたときの、スロットル開度と
学習結果との関係を示す図である。
FIG. 10 shows the relationship between the throttle opening and the learning result when an error of 1% with respect to the dynamic range of the intake air amount when the input / output relationship before the output value conversion is learned uniformly occurs in the entire learning result. FIG.

【図11】スロットル開度と変換後の出力値に対する圧
縮率との関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a throttle opening and a compression ratio with respect to a converted output value.

【図12】出力値変換後のスロットル開度と吸入空気量
との関係を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a throttle opening and an intake air amount after output value conversion.

【図13】出力値変換後の入出力関係を学習したときの
スロットル開度と学習結果との関係を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a relationship between a throttle opening and a learning result when an input / output relationship after output value conversion is learned.

【図14】入力値変換前のスロットル開度及びエンジン
回転数と出力値変換後の教師データである補正後の吸入
空気量との関係を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a throttle opening and an engine speed before input value conversion and a corrected intake air amount which is teacher data after output value conversion.

【図15】入力値変換前の入出力関係を8ビットのCP
Uを用いて学習したときのスロットル開度及びエンジン
回転数と学習結果との関係を示す図である。
FIG. 15 shows an input / output relationship before an input value conversion of an 8-bit CP.
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a throttle opening degree and an engine speed when learning is performed using U and a learning result.

【図16】入力値変換後の拡張スロットル開度及びエン
ジン回転数と出力値変換後の教師データである補正後の
吸入空気量との関係を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a relationship between an extended throttle opening and an engine speed after input value conversion and a corrected intake air amount which is teacher data after output value conversion.

【図17】入力値変換後の入出力関係を8ビットのCP
Uを用いて学習したときの拡張スロットル開度及びエン
ジン回転数と学習結果との関係を示す図である。
FIG. 17 shows the input / output relationship after input value conversion by using an 8-bit CP.
It is a figure which shows the relationship between the expansion throttle opening degree and engine speed at the time of learning using U, and a learning result.

【図18】定常運転時で、且つ学習演算が必要な入力値
の入力された場合の燃料噴射量制御プログラムの処理を
示すフローチャートである。
FIG. 18 is a flowchart showing a process of a fuel injection amount control program when a steady operation is performed and an input value that requires a learning operation is input.

【図19】モデルベース制御をエンジン制御に適用した
一例を示す図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating an example in which model-based control is applied to engine control.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンジン制御系 2 エンジン 3 燃料タンク 4 ECU 5 インジェクタ 8 空燃比センサ 9 スロットルセンサ 10 クランク角センサ 11 吸気管負圧センサ 12 吸気管 16 電子制御式燃料噴射装置 17 燃料噴射量制御プログラム 17a 吸入空気量学習演算部 Reference Signs List 1 engine control system 2 engine 3 fuel tank 4 ECU 5 injector 8 air-fuel ratio sensor 9 throttle sensor 10 crank angle sensor 11 intake pipe negative pressure sensor 12 intake pipe 16 electronically controlled fuel injection device 17 fuel injection amount control program 17a intake air amount Learning operation unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G06N 3/00 550 G06N 3/00 550E 3/08 3/08 Fターム(参考) 3G084 BA09 BA13 CA05 DA13 EA04 EB17 EC04 FA07 FA10 FA11 FA29 FA33 FA38 3G301 JA19 KA21 MA01 MA11 NA08 NA09 ND01 ND21 ND42 ND43 ND45 PA01Z PA07Z PA11Z PD03A PE01Z PE03Z 5H004 GA33 GB12 HA02 HA13 HB03 HB04 HB07 HB08 HB13 JB11 JB18 KA42 KA46 KD15 KD32 MA17 MA18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G06N 3/00 550 G06N 3/00 550E 3/08 3/08 F term (Reference) 3G084 BA09 BA13 CA05 DA13 EA04 EB17 EC04 FA07 FA10 FA11 FA29 FA33 FA38 3G301 JA19 KA21 MA01 MA11 NA08 NA09 ND01 ND21 ND42 ND43 ND45 PA01Z PA07Z PA11Z PD03A PE01Z PE03Z 5H004 GA33 GB12 HA02 HA13 HB03 HB04 HB07 HB08 HB13 JB11 KA18

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力値と出力値との関係を教師データと
して学習し、その学習内容に従って制御量を設定するよ
うにした学習機能付き制御系であって、 前記出力値のダイナミックレンジが小さくなるように前
記出力値を変換してから学習することを特徴とする学習
機能付き制御系。
1. A control system with a learning function for learning a relationship between an input value and an output value as teacher data and setting a control amount according to the learning content, wherein a dynamic range of the output value is reduced. A control system with a learning function characterized by learning after converting the output value as described above.
【請求項2】 入力値と出力値との関係を教師データと
して学習し、その学習内容に従って制御量を設定するよ
うにした学習機能付き制御系であって、 前記入力値に対して出力値が大きく変化する領域では、
その領域の前記出力値の変化がなだらかになるように前
記入力値を変換してから学習することを特徴とする学習
機能付き制御系。
2. A control system with a learning function which learns a relationship between an input value and an output value as teacher data and sets a control amount in accordance with the learning content, wherein an output value corresponds to the input value. In areas where there are significant changes,
A control system with a learning function, wherein the learning is performed after converting the input value so that the change of the output value in the area becomes gentle.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111520241A (en) * 2019-02-01 2020-08-11 丰田自动车株式会社 Internal combustion engine control device and method, vehicle-mounted electronic control unit and manufacturing method, machine learning system, and output parameter calculation device

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CN111520241A (en) * 2019-02-01 2020-08-11 丰田自动车株式会社 Internal combustion engine control device and method, vehicle-mounted electronic control unit and manufacturing method, machine learning system, and output parameter calculation device

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