JP2003201894A - Air-fuel ratio control device of internal combustion engine - Google Patents

Air-fuel ratio control device of internal combustion engine

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JP2003201894A
JP2003201894A JP2001401919A JP2001401919A JP2003201894A JP 2003201894 A JP2003201894 A JP 2003201894A JP 2001401919 A JP2001401919 A JP 2001401919A JP 2001401919 A JP2001401919 A JP 2001401919A JP 2003201894 A JP2003201894 A JP 2003201894A
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JP
Japan
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air
fuel ratio
control
internal combustion
combustion engine
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Application number
JP2001401919A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Yoshizawa
秀和 吉澤
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
Original Assignee
Hitachi Unisia Automotive Ltd
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Publication date
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform air-fuel ratio control with good accuracy in an air-fuel ratio control device of an internal combustion engine that performs air-fuel ratio feedback control, while a control gain is calculated by self-tuning. <P>SOLUTION: This air-fuel ratio control device includes a plant model identifying part 223 that identifies a plant model indicating a plant from a fuel injection valve 5 to an air-fuel ratio sensor 13, a stability evaluating part 224 that determines whether an estimated parameter is within the predetermined stability area, a control gain calculating part 225 that calculates a control gain of the feedback control of the fuel injection quantity based on an output of the stability evaluating part 224, and an S/M controlling part 221 that calculates the feedback control quantity using the calculated control gain. The stability evaluating part 224 sets an area, in which another area in which theoretical control is stabilized, has been scaled down at a predetermined rate, as the stabilized area. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、内燃機関の空燃比
制御装置に関し、特に、セルフチューニングにより制御
ゲインを算出しつつ、空燃比フィードバック制御を行う
内燃機関の空燃比制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, and more particularly to an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that performs air-fuel ratio feedback control while calculating a control gain by self-tuning.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、内燃機関においては、排気浄
化や燃費向上等を目的として空燃比を目標値にフィード
バック制御するのが一般的である。かかる空燃比フィー
ドバック制御を精度よく行う技術として、本願出願人
は、先の出願(特願2001−79272号)におい
て、スライディングモード制御により燃料噴射量のフィ
ードバック制御量を算出する内燃機関の空燃比制御装置
において、スミス法によりむだ時間補償制御を行いつ
つ、セルフチューニング制御によって前記スライディン
グモード制御の制御ゲインを算出するよう構成したもの
を提案した。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an internal combustion engine, it is general to feedback control an air-fuel ratio to a target value for the purpose of exhaust gas purification, fuel efficiency improvement, and the like. As a technique for performing such air-fuel ratio feedback control with high accuracy, the applicant of the present application has disclosed that in the previous application (Japanese Patent Application No. 2001-79272), an air-fuel ratio control of an internal combustion engine for calculating a feedback control amount of a fuel injection amount by sliding mode control. It has been proposed that the device is configured to calculate the control gain of the sliding mode control by self-tuning control while performing dead time compensation control by the Smith method.

【0003】かかる空燃比制御装置では、以下のように
して前記フィードバック制御量を算出する。まず、燃料
噴射手段から空燃比検出手段までの間のプラントをプラ
ントモデルとして伝達関数で表し、このプラントモデル
の各パラメータを燃料噴射量と実空燃比に基づいて逐次
推定することで同定する。
In such an air-fuel ratio control device, the feedback control amount is calculated as follows. First, the plant between the fuel injection means and the air-fuel ratio detection means is represented by a transfer function as a plant model, and each parameter of this plant model is identified by sequentially estimating it based on the fuel injection amount and the actual air-fuel ratio.

【0004】次に、推定したプラントモデルのパラメー
タを用いて、前記プラント、フィードバック制御量算出
部(すなわち、スライディングモード制御部)及びむだ
時間補償制御部を含むシステム全体を1つの伝達関数で
表し、その極が応答性、行き過ぎ量、整定時間等の点か
ら望ましい極と一致するように前記スライディングモー
ド制御の制御ゲインを算出する。
Next, using the parameters of the estimated plant model, the entire system including the plant, the feedback control amount calculation unit (that is, the sliding mode control unit) and the dead time compensation control unit is expressed by one transfer function, The control gain of the sliding mode control is calculated so that the pole matches the desired pole in terms of responsiveness, overshoot, settling time, and the like.

【0005】そして、算出された制御ゲインを用いたス
ライディングモード制御により燃料噴射量のフィードバ
ック制御量を算出する。これにより、プラントの特性変
化に精度よく対応させた空燃比制御を実行している。
Then, the feedback control amount of the fuel injection amount is calculated by the sliding mode control using the calculated control gain. As a result, the air-fuel ratio control that accurately responds to changes in plant characteristics is executed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、制御ゲイン
の算出においては、制御の発散を防止すると共に、収束
を保証するため、前記推定したプラントモデルのパラメ
ータが安定条件を満たしているかどうかの安定性評価を
行うのが通常である。すなわち、同定したプラントモデ
ル(伝達関数)の極をZpとしたときに、│Zp│<1で
あることが安定のための条件とされており、この理論上
の安定領域内に前記推定したパラメータがあるか否かに
よって安定性評価が行われ、安定領域内にないときは、
推定したパラメータを用いた制御ゲインの算出を行わな
いようにするのである。
By the way, in the calculation of the control gain, in order to prevent the divergence of the control and guarantee the convergence, the stability of whether or not the estimated parameters of the plant model satisfy the stability condition. It is usual to make an evaluation. That is, when the pole of the identified plant model (transfer function) is Zp, | Zp | <1 is a condition for stability, and the estimated parameter is within this theoretical stability region. Stability is evaluated by whether or not there is, and when it is not in the stable region,
The control gain is not calculated using the estimated parameters.

【0007】しかし、実際の制御においては不安定要素
が多いので、推定したパラメータが上記理論上の安定領
域内にあるときであっても、制御が発散してしまう場合
がある。ここで、プラントが最も不安定な状態を考慮し
て狭い安定領域を設定することで制御の発散を防止する
ことも考えられるが、これでは、セルフチューニング制
御を用いて制御ゲインを算出する空燃比フィードバック
制御の実効が図れないという問題がある。
However, since there are many unstable factors in actual control, the control may diverge even when the estimated parameter is within the theoretical stable region. Here, it is possible to prevent the divergence of control by setting a narrow stable region in consideration of the most unstable state of the plant, but in this case, the self-tuning control is used to calculate the control gain. There is a problem that feedback control cannot be effectively implemented.

【0008】本発明は、上記問題に鑑みなされたもので
あって、セルフチューニング制御により制御ゲインを算
出して空燃比フィードバック制御を行うに際し、制御の
発散を確実に防止しつつ、特性変化に精度よく対応した
制御が実行できる内燃機関の空燃比制御装置を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and when the control gain is calculated by the self-tuning control to perform the air-fuel ratio feedback control, the divergence of the control is surely prevented and the accuracy of the characteristic change is improved. An object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, which can execute well-suited control.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】そのため、本発明に係る
内燃機関の空燃比制御装置は、実空燃比を空燃比検出手
段により検出し、空燃比を目標空燃比にフィードバック
制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、燃料噴射
量と検出した実空燃比とに基づいて燃料噴射手段から空
燃比検出手段の間のプラントを表したプラントモデルの
パラメータを推定する同定手段と、該同定手段の推定し
た前記プラントモデルの推定パラメータが設定した安定
領域内にあるか否かを判定し、安定領域内にあるときは
当該推定パラメータをそのまま出力する一方、前記安定
領域内にないときはあらかじめ設定した所定値を出力す
る判定手段と、該判定手段の出力に基づいて燃料噴射量
のフィードバック制御量を算出するための制御ゲインを
算出する制御ゲイン算出手段と、該制御ゲイン算出手段
の算出した制御ゲインを用いて前記フィードバック制御
量を算出する制御量算出手段と、を含んで構成し、前記
判定手段は、理論上制御が安定状態となる領域を所定割
合で縮小した領域を前記安定領域として設定することを
特徴とする。
Therefore, an air-fuel ratio control system for an internal combustion engine according to the present invention detects an actual air-fuel ratio by means of an air-fuel ratio detecting means and feedback-controls the air-fuel ratio to a target air-fuel ratio. A fuel ratio control device, an identification means for estimating parameters of a plant model representing a plant between the fuel injection means and the air-fuel ratio detection means based on the fuel injection amount and the detected actual air-fuel ratio, and the identification means It is determined whether the estimated parameter of the estimated plant model is within the set stable region, and when the stable parameter is within the stable region, the estimated parameter is output as it is, while when it is not within the stable region, the preset parameter is set in advance. A determination unit that outputs a predetermined value, and a control gain that calculates a control gain for calculating a feedback control amount of the fuel injection amount based on the output of the determination unit. And a control amount calculation unit that calculates the feedback control amount by using the control gain calculated by the control gain calculation unit, and the determination unit is theoretically a region in which the control is in a stable state. It is characterized in that the area reduced by a predetermined ratio is set as the stable area.

【0010】請求項2に係る発明は、前記判定手段が、
前記推定パラメータが設定した安定領域内にないとき
に、機関運転状態に応じて設定された初期値を出力する
ことを特徴とする。請求項3に係る発明は、前記判定手
段が、前記所定割合を機関の運転状態に応じて設定する
ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the judging means comprises:
When the estimated parameter is not within the set stable region, the initial value set according to the engine operating state is output. The invention according to claim 3 is characterized in that the determination means sets the predetermined ratio according to an operating state of the engine.

【0011】請求項4に係る発明は、前記判定手段が、
機関吸入空気量が少ないほど前記安定領域を小さく設定
することを特徴とする。請求項5に係る発明は、前記判
定手段が、機関冷却水温度が低いほど前記安定領域を小
さく設定することを特徴とする。請求項6に係る発明
は、前記同定手段が逐次最小二乗法を用いて前記プラン
トモデルのパラメータを推定することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, the judging means comprises:
The smaller the engine intake air amount, the smaller the stable region is set. The invention according to claim 5 is characterized in that the determination means sets the stable region to be smaller as the engine cooling water temperature is lower. The invention according to claim 6 is characterized in that the identifying means estimates the parameters of the plant model by using a recursive least squares method.

【0012】請求項7に係る発明は、前記制御量算出手
段が前記プラントモデルを用いてプラントに含まれるむ
だ時間の影響を排除するむだ時間補償手段を備えること
を特徴とする。請求項8に係る発明は、前記制御量算出
手段は、スライディングモード制御により前記フィード
バック制御量を算出することを特徴とする。
The invention according to claim 7 is characterized in that the control amount calculating means comprises dead time compensating means for eliminating the influence of dead time included in the plant by using the plant model. The invention according to claim 8 is characterized in that the control amount calculation means calculates the feedback control amount by sliding mode control.

【0013】[0013]

【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、燃料噴射
手段から空燃比検出手段までのプラントを表現したプラ
ントモデルのパラメータを推定し、該推定したパラメー
タを用いて制御の安定性を評価する。評価の結果、推定
したパラメータが設定した安定領域内にあれば、そのま
ま推定したパラメータを出力し、該推定パラメータに基
づき制御ゲインを算出する。一方、推定したパラメータ
が前記設定した安定領域内になければ、あらかじめ設定
した所定値を出力し、該所定値に基づき制御ゲインを算
出する。そして、このようにして算出した制御ゲインを
用いて燃料噴射手段のフィードバック制御量を算出す
る。ここで、前記制御の安定性を評価する際に設定する
安定領域として、理論上制御が安定状態となる領域を所
定割合で縮小した領域を設定するので、制御ゲインが過
大となることを防止して制御の発散を確実に防止でき
る。
According to the invention of claim 1, the parameters of the plant model representing the plant from the fuel injection means to the air-fuel ratio detection means are estimated, and the stability of the control is evaluated using the estimated parameters. To do. As a result of the evaluation, if the estimated parameter is within the set stable region, the estimated parameter is output as it is, and the control gain is calculated based on the estimated parameter. On the other hand, if the estimated parameter is not within the set stable region, a preset predetermined value is output and the control gain is calculated based on the preset value. Then, the feedback control amount of the fuel injection means is calculated using the control gain calculated in this way. Here, as the stable region to be set when evaluating the stability of the control, a region in which the control is theoretically in a stable state is reduced by a predetermined ratio is set, so that the control gain is prevented from becoming excessive. The divergence of control can be reliably prevented.

【0014】請求項2に係る発明によれば、推定したパ
ラメータが設定した安定領域内になく制御が発散するお
それがある場合には、運転状態に応じてあらかじめ設定
したパラメータ初期値を用いて制御ゲインの算出を行う
ので、制御の発散を防止して安定したフィードバック制
御量を算出できる。請求項3に係る発明によれば、理論
上制御が安定状態となる領域を縮小する割合を機関の運
転状態に応じて設定するので、プラントのむだ時間やプ
ラント状態の変動によって生じるパラメータの推定誤差
(同定誤差)に対応した安定領域を設定できる。これに
より、推定(同定)誤差が大きくなる運転状態において
は、安定領域をより狭めて制御の発散を確実に防止する
と共に、推定(同定)誤差が小さい運転状態において
は、制御の発散を防止しつつ応答性限界を最大限広げる
ことができる。
According to the second aspect of the present invention, when the estimated parameter is not within the set stable region and the control may diverge, the control is performed using the parameter initial value preset according to the operating state. Since the gain is calculated, it is possible to prevent divergence of control and calculate a stable feedback control amount. According to the invention of claim 3, the ratio of theoretically reducing the region in which the control is in a stable state is set according to the operating state of the engine. Therefore, the estimation error of the parameter caused by the dead time of the plant or the fluctuation of the plant state is set. A stable area corresponding to (identification error) can be set. As a result, in an operating state in which the estimation (identification) error is large, the stable region is further narrowed to reliably prevent control divergence, and in an operating state in which the estimation (identification) error is small, control divergence is prevented. While maximizing the responsiveness limit.

【0015】請求項4に係る発明によれば、吸入空気量
が少なくプラントのむだ時間(輸送遅れ)が増大する運
転状態であるほど、前記制御の安定性評価に用いる安定
領域を小さく設定するので、パラメータの推定誤差(同
定誤差)が大きくなることによって生じる制御の発散を
確実に防止できる。請求項5に係る発明によれば、低温
時はプラントの状態が不安定でパラメータの推定誤差
(同定誤差)が大きくなるので、冷却水温度が低いほど
前記制御の安定性評価に用いる安定領域を小さく設定す
る。これにより、パラメータの推定誤差(同定誤差)が
大きくなることで生じる制御の発散を確実に防止でき
る。
According to the fourth aspect of the present invention, the smaller the intake air amount and the longer the dead time (transportation delay) of the plant, the smaller the stability region used for the stability evaluation of the control. , The divergence of control caused by the increase of the parameter estimation error (identification error) can be reliably prevented. According to the invention of claim 5, when the temperature is low, the state of the plant is unstable and the parameter estimation error (identification error) becomes large. Therefore, the lower the cooling water temperature, the more stable the region used for the stability evaluation of the control becomes. Set smaller. As a result, it is possible to reliably prevent the divergence of control caused by an increase in the parameter estimation error (identification error).

【0016】請求項6に係る発明によれば、逐次最小二
乗法(RLS法)を用いることにより、プラントの状態
予測(プラントモデルの同定)を精度よく、かつ、容易
に行うことができる。請求項7に係る発明によれば、プ
ラントに含まれるむだ時間要素による影響を補償しつ
つ、フィードバック制御量を精度よく算出できる。この
結果、制御の立ち上がりの鈍化、オーバーシュートを防
止して良好な制御を確保できる。
According to the invention of claim 6, by using the recursive least squares method (RLS method), the plant state prediction (identification of the plant model) can be performed accurately and easily. According to the invention of claim 7, the feedback control amount can be accurately calculated while compensating for the influence of the dead time element included in the plant. As a result, it is possible to prevent the control from rising slowly and prevent overshoot, thereby ensuring good control.

【0017】請求項8に係る発明によれば、スライディ
ングモード制御により燃料噴射量のフィードバック制御
量を算出するので、外乱の影響を抑制しつつ、ロバスト
性に優れた空燃比フィードバック制御を行うことができ
る。
According to the invention of claim 8, since the feedback control amount of the fuel injection amount is calculated by the sliding mode control, it is possible to perform the air-fuel ratio feedback control excellent in robustness while suppressing the influence of disturbance. it can.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態を示す
機関(エンジン)のシステム図である。図1に示すよう
に、エンジン1の吸気通路2には、吸入空気量Qaを検
出するエアフローメータ3と吸入空気量Qaを制御する
スロットル弁4が設けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of an engine showing an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the intake passage 2 of the engine 1 is provided with an air flow meter 3 for detecting the intake air amount Qa and a throttle valve 4 for controlling the intake air amount Qa.

【0019】また、吸気通路2に設けられた燃料噴射弁
5は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユ
ニット(C/U)6からの噴射信号により開弁駆動して
燃料を噴射供給する。各気筒には、燃焼室7内で火花点
火を行う点火栓8が設けられており、吸気バルブ9を介
して吸入された混合気を火花点火によって着火する。
Further, the fuel injection valve 5 provided in the intake passage 2 is opened and driven by an injection signal from a control unit (C / U) 6 having a built-in microcomputer to inject fuel. A spark plug 8 for performing spark ignition in the combustion chamber 7 is provided in each cylinder, and the air-fuel mixture sucked through the intake valve 9 is ignited by spark ignition.

【0020】燃焼排気は、排気バルブ10を介して排気
通路11に排出され、排気浄化装置12を介して大気中
の排出される。前記排気通路11には、排気中の酸素濃
度に応じて空燃比をリニアに検出する広域型の空燃比セ
ンサ13が、前記排気浄化装置12の上流側に設けられ
ている。
The combustion exhaust gas is discharged to the exhaust passage 11 via the exhaust valve 10 and discharged to the atmosphere via the exhaust purification device 12. A wide-range air-fuel ratio sensor 13 that linearly detects the air-fuel ratio according to the oxygen concentration in the exhaust is provided in the exhaust passage 11 on the upstream side of the exhaust purification device 12.

【0021】更に、エンジン1の所定のクランク角毎に
クランク角信号に出力するクランク角センサ14やエン
ジン1の冷却ジャケット内の冷却水温度Twを検出する
水温センサ15が設けられている。前記コントロールユ
ニット(C/U)6は、以下のようにして前記燃料噴射
弁5を制御する。
Further, a crank angle sensor 14 that outputs a crank angle signal for each predetermined crank angle of the engine 1 and a water temperature sensor 15 that detects the cooling water temperature Tw in the cooling jacket of the engine 1 are provided. The control unit (C / U) 6 controls the fuel injection valve 5 as follows.

【0022】まず、吸入空気量Qaとクランク角センサ
14からの信号に基づいて検出される機関回転速度Ne
からストイキ(λ=1)相当の基本燃料噴射量Tp=K
×Qa×Ne(Kは定数)を演算する。そして、運転状
態に応じて、空燃比をフィードバック制御するかオープ
ンループ制御するかを判断し、フィードバック制御する
場合には、前記基本燃料噴射量Tp、目標空燃比λt及
び空燃比センサ13の検出信号に基づき算出した空燃比
フィードバック補正係数αを用いて、最終的な燃料噴射
量Ti=Tp×(1/λt)×αを演算する。オープン
ループ制御の場合は、前記空燃比フィードバック補正係
数αを1に設定(α=1)して、最終的な燃料噴射量T
i=Tp×(1/λt)を演算する。
First, the engine speed Ne detected based on the intake air amount Qa and the signal from the crank angle sensor 14
To stoichiometric (λ = 1) equivalent basic fuel injection amount Tp = K
× Qa × Ne (K is a constant) is calculated. Then, depending on the operating state, it is determined whether the air-fuel ratio is to be feedback-controlled or open-loop controlled, and when the feedback control is performed, the basic fuel injection amount Tp, the target air-fuel ratio λt and the detection signal of the air-fuel ratio sensor 13 are detected. The final fuel injection amount Ti = Tp × (1 / λt) × α is calculated using the air-fuel ratio feedback correction coefficient α calculated based on In the case of open loop control, the air-fuel ratio feedback correction coefficient α is set to 1 (α = 1), and the final fuel injection amount T
i = Tp × (1 / λt) is calculated.

【0023】ここで、本実施形態における燃料噴射制御
について説明する。図2に示すように、本実施形態にお
ける燃料噴射制御部は、燃料噴射弁5への出力を判断す
る出力判断部21と、図中破線で示す空燃比フィードバ
ック制御部22と、を含んで構成されている。前記出力
判断部21は、運転状態に応じて空燃比フィードバック
制御部22で算出されたフィードバック制御量を燃料噴
射弁5に出力するか否かを判断する。
Here, the fuel injection control in this embodiment will be described. As shown in FIG. 2, the fuel injection control unit in the present embodiment includes an output determination unit 21 that determines the output to the fuel injection valve 5 and an air-fuel ratio feedback control unit 22 shown by a broken line in the figure. Has been done. The output determination unit 21 determines whether to output the feedback control amount calculated by the air-fuel ratio feedback control unit 22 to the fuel injection valve 5 according to the operating state.

【0024】なお、フィードバック制御量を出力しない
ときは、制御量としてクランプ値(オープンループ制御
時はα=1、燃料カット時はα=0に固定)を出力す
る。前記空燃比フィードバック制御部22は、図に示す
ように、スライディングモード制御部(S/M制御部)
221と、むだ時間補償器222と、プラントモデル同
定部223と、安定性評価部224と、制御ゲイン算出
部225と、むだ時間算出部226と、を含んで構成さ
れている。
When the feedback control amount is not output, a clamp value (α = 1 during open loop control and α = 0 during fuel cut) is output as the control amount. The air-fuel ratio feedback control unit 22 is, as shown in the figure, a sliding mode control unit (S / M control unit).
221, a dead time compensator 222, a plant model identification unit 223, a stability evaluation unit 224, a control gain calculation unit 225, and a dead time calculation unit 226 are included.

【0025】前記S/M制御部221は、目標空燃比λ
tと実空燃比λtとの偏差に基づいて、スライディング
モード(S/M)制御により、前記空燃比フィードバッ
ク補正係数αを算出し、プラント(すなわち、燃料噴射
弁5〜空燃比センサ13間)への制御量u(t)、すな
わち、燃料噴射弁5のフィードバック制御量を次式
(1)のように算出する。
The S / M control unit 221 controls the target air-fuel ratio λ
On the basis of the deviation between t and the actual air-fuel ratio λt, the air-fuel ratio feedback correction coefficient α is calculated by sliding mode (S / M) control, and the calculated value is sent to the plant (that is, between the fuel injection valve 5 and the air-fuel ratio sensor 13). The control amount u (t), that is, the feedback control amount of the fuel injection valve 5 is calculated by the following equation (1).

【0026】[0026]

【数1】 [Equation 1]

【0027】但し、e(t)は、S/M制御部221への
入力、KPは線形項線形ゲイン、KDは線形項微分ゲイ
ン、SPは切換関数線形ゲイン、SDは切換関数微分ゲイ
ン、K Iは適応則ゲイン、KNは非線形ゲイン、σ(t)は
切換関数で、σ(t) = Spe(t)+SDe(t)である。
なお、上記各制御ゲインは、後述する制御ゲイン算出部
225で算出されるものである。
However, e (t) is sent to the S / M control unit 221.
Input, KPIs the linear term linear gain, KDIs a linear term differential gay
N, SPIs the switching function linear gain, SDIs the switching function differential gay
N, K IIs the adaptive law gain, KNIs the nonlinear gain, and σ (t) is
Switching function, σ (t) = Spe (t) + SDe (t).
In addition, each of the control gains described above is a control gain calculation unit described later.
225 is calculated.

【0028】前記むだ時間補償器222は、スミス法に
よるむだ時間補償制御を実行する局所フィードバック型
のむだ時間補償器でありを、プラントに含まれるむだ時
間(すなわち、検出した空燃比の位相遅れ)の影響を補
償する。具体的には、図3に示すように、前記むだ時間
補償器222は、むだ時間を含まないプラントモデル3
1と、むだ時間を含むプラントモデル32と、減算部3
3と、を含んで構成されており、前記むだ時間要素を含
まないプラントモデル31で算出される出力(空燃比)
予測と、前記むだ時間を含むプラントモデル32で算出
される実出力(実空燃比)予測との偏差e2を算出し、
これを前記S/M制御部21の入力側に出力する。
The dead time compensator 222 is a local feedback type dead time compensator for executing dead time compensation control by the Smith method, and is a dead time (that is, a phase delay of the detected air-fuel ratio) included in the plant. To compensate for the effects of. Specifically, as shown in FIG. 3, the dead time compensator 222 is a plant model 3 that does not include dead time.
1, the plant model 32 including the dead time, and the subtraction unit 3
The output calculated by the plant model 31 that does not include the dead time element (air-fuel ratio)
A deviation e2 between the prediction and the actual output (actual air-fuel ratio) prediction calculated by the plant model 32 including the dead time is calculated,
This is output to the input side of the S / M control unit 21.

【0029】そして、目標空燃比λtと実空燃比λrの
偏差e1から、前記むだ時間補償器22の出力e2を減
算してe3を算出し、該e3を前記S/M制御部221
に入力するようにしている。なお、上記むだ時間補償制
御で用いるプラントモデルは、後述するプラントモデル
同定部223で同定したものであり、むだ時間は、後述
するむだ時間算出部226で算出したものである。
Then, the output e2 of the dead time compensator 22 is subtracted from the deviation e1 between the target air-fuel ratio λt and the actual air-fuel ratio λr to calculate e3, and the e3 is calculated by the S / M control section 221.
I am trying to type in. The plant model used in the dead time compensation control is identified by the plant model identification unit 223 described later, and the dead time is calculated by the dead time calculation unit 226 described later.

【0030】前記プラントモデル同定部223は、前記
プラントを伝達関数で表したプラントモデルを、燃料噴
射量(入力)及び実空燃比(出力)に基づいてオンライ
ンで同定する。具体的には、逐次最小二乗法(RLS
法)を用いてプラントモデルのパラメータの逐次推定を
行う(詳細は後述する)。前記安定性評価部224は、
前記プラントモデル同定部223の推定したパラメータ
(推定パラメータ)が、設定した安定領域内にあるか否
かを判定する。これは、制御の発散を防止すると共に収
束を保証するために行われるものであり、前記推定パラ
メータが前記設定した安定領域内にあるときはそのまま
出力する一方、前記安定領域内にないときはあらかじめ
設定した所定値を出力する(詳細は後述する)。
The plant model identification unit 223 identifies a plant model representing the plant by a transfer function on-line based on the fuel injection amount (input) and the actual air-fuel ratio (output). Specifically, the recursive least squares method (RLS
Method) is used to sequentially estimate the parameters of the plant model (details will be described later). The stability evaluation unit 224
It is determined whether or not the parameter (estimated parameter) estimated by the plant model identification unit 223 is within the set stable region. This is performed in order to prevent divergence of control and guarantee convergence, and when the estimated parameter is within the set stable region, it is output as it is, while when it is not within the stable region, it is output in advance. The set predetermined value is output (details will be described later).

【0031】前記制御ゲイン算出部225は、前記S/
M制御部221の制御ゲインを、前記安定性評価部22
4からの出力(推定パラメータ又は所定値)に基づいて
算出する。具体的には、極配置法によるセルフチューニ
ングコントロールを用いており、システム全体(すなわ
ち、プラント(燃料噴射弁5〜空燃比センサ13間)+
S/M制御部221+むだ時間補償器222)を閉ルー
プ伝達関数で表し、その極が応答性、行き過ぎ量、整定
時間等の点から望ましい極と一致するようS/M制御部
221の制御ゲインを算出する(詳細は後述する)。
The control gain calculation section 225 uses the S /
The control gain of the M control unit 221 is set to the stability evaluation unit 22.
It is calculated based on the output from 4 (estimated parameter or predetermined value). Specifically, the self-tuning control by the pole placement method is used, and the entire system (that is, the plant (between the fuel injection valve 5 and the air-fuel ratio sensor 13) +
The S / M control unit 221 + dead time compensator 222) is represented by a closed loop transfer function, and the control gain of the S / M control unit 221 is set so that its pole coincides with a desired pole in terms of responsiveness, overshoot amount, settling time, and the like. Calculate (details will be described later).

【0032】前記むだ時間算出部226は、プラントの
むだ時間k(以下、通常のむだ時間という)を算出す
る。これは、燃料噴射弁5から噴射された燃料が燃焼室
7内で燃焼し、その燃焼排気の空燃比を前記空燃比セン
サ13が検出するまでの時間(遅れ時間)を算出するも
のであるが、本実施形態においては、図4に示すよう
に、吸入空気量Qaとむだ時間kと関係をあらかじめテ
ーブル化しておき、検出した吸入空気量Qaに基づいて
該テーブルを検索することによりむだ時間kを算出す
る。
The dead time calculating section 226 calculates the dead time k of the plant (hereinafter referred to as the normal dead time). This calculates the time (delay time) until the fuel injected from the fuel injection valve 5 burns in the combustion chamber 7 and the air-fuel ratio of the combustion exhaust gas is detected by the air-fuel ratio sensor 13. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the relationship between the intake air amount Qa and the dead time k is tabulated in advance, and the dead time k is calculated by searching the table based on the detected intake air amount Qa. To calculate.

【0033】ここで、前記プラントモデル同定部223
によるプラントモデルの同定、前記安定性評価部224
による制御の安定性評価、及び、前記制御ゲイン算出部
225による制御ゲインの算出について詳細に説明す
る。まず、プラントを伝達関数で表すプラントモデルG
P(z-1)を設定し、該プラントモデルのパラメータを
推定する。そして、推定したパラメータにより制御の安
定性を評価する。一方、S/M制御部221の伝達関数
C(z-1)及びむだ時間補償器22の伝達関数GL(z
-1)を求め、前記プラントモデルを含めた伝達関数を1
つにまとめてシステム全体の閉ループ伝達関数W
(z-1)を算出し、その極が設定した極となるように制
御ゲインを算出する。
Here, the plant model identification unit 223
Identification of the plant model by the stability evaluation unit 224
The stability evaluation of the control by and the calculation of the control gain by the control gain calculation unit 225 will be described in detail. First, a plant model G that represents a plant by a transfer function
Set P (z -1 ) and estimate the parameters of the plant model. Then, the stability of the control is evaluated by the estimated parameters. On the other hand, the transfer function G C (z −1 ) of the S / M control unit 221 and the transfer function G L (z of the dead time compensator 22.
-1 ) and obtain the transfer function including the plant model as 1
Closed loop transfer function W of the entire system
(Z -1 ) is calculated, and the control gain is calculated so that the pole becomes the set pole.

【0034】(A)プラントモデルの設定について 燃料噴射弁5と空燃比センサ13との間のプラントを、
前記むだ時間算出部225で算出したむだ時間k(≧
1)を用いて、例えば、次式(2)、(3)のように二
次のARXモデルA(z-1)で表す。 A(z-1)y(t)=z-k0u(t)+ε(t) …(2) A(z-1)=1+a1-1+a2-2 …(3) 但し、y(t)は、プラント出力(すなわち、実空燃
比)、u(t)は、プラント入力値(すなわち、燃料噴射
量)、ε(t)は、不規則雑音である。
(A) Setting of plant model The plant between the fuel injection valve 5 and the air-fuel ratio sensor 13 is
Dead time k calculated by the dead time calculation unit 225 (≧
Using 1), for example, it is represented by a quadratic ARX model A (z −1 ) as in the following equations (2) and (3). A (z −1 ) y (t) = z −k b 0 u (t) + ε (t) (2) A (z −1 ) = 1 + a 1 z −1 + a 2 z −2 (3) However, , Y (t) is the plant output (that is, the actual air-fuel ratio), u (t) is the plant input value (that is, the fuel injection amount), and ε (t) is the random noise.

【0035】すると、プラントモデルの伝達関数GP(z
-1)は、次式(4)のように表すことができる。 GP(z-1)=z-k0/A(z-1) …(4) なお、推定パラメータベクトルθ(t)及びデータベクト
ルψ(t-k)は、下記(5)、(6)式のように表すこ
とができる。
Then, the transfer function of the plant model G P (z
-1 ) can be expressed as the following equation (4). G P (z −1 ) = z −k b 0 / A (z −1 ) ... (4) The estimated parameter vector θ (t) and the data vector ψ (t−k) are the following (5), ( It can be expressed as in equation 6).

【0036】 θ(t)=〔a1(t),a2(t),b0(t)〕T … (5) ψ(t-k)=〔-y(t-1),-y(t-2)、u(t-k)〕T … (6) (B)プラントモデルの同定(パラメータ推定)につい
て 設定したプラントモデルは、前記プラントモデル同定部
223で同定される。具体的には、プラントの特性は、
運転状態、プラント自体の劣化度合い等のプラント特性
により変化するので、式(5)に示すパラメータa
1(t)、a2(t)、b0(t)を逐次推定することでプラン
トモデルを同定する(すなわち、オンライン同定す
る)。
Θ (t) = [a 1 (t), a 2 (t), b 0 (t)] T (5) ψ (t-k) = [-y (t-1), -y (t−2), u (t−k)] T (6) (B) Identification of plant model (parameter estimation) The plant model set is identified by the plant model identification unit 223. Specifically, the characteristics of the plant are
Since it changes depending on the plant characteristics such as the operating state and the degree of deterioration of the plant itself, the parameter a shown in equation (5)
A plant model is identified (that is, online identification is performed) by sequentially estimating 1 (t), a 2 (t), and b 0 (t).

【0037】なお、本実施形態においては、前記パラメ
ータの推定に最小二乗法(RLS法)を用いており、実
値と推定値の誤差の二乗が最も小さくなるパラメータを
逐次算出している。具体的な演算式は、一般の重みつき
逐次最小二乗法(RLS法)と同一のものであり、時間
更新式:t=1、2、…、Nに対して、次式(7)〜
(9)を計算することにより行う。
In the present embodiment, the least squares method (RLS method) is used for the parameter estimation, and the parameter that minimizes the square of the error between the actual value and the estimated value is sequentially calculated. The specific arithmetic expression is the same as the general weighted recursive least squares method (RLS method). For time update expressions: t = 1, 2, ..., N, the following expressions (7) to
This is done by calculating (9).

【0038】[0038]

【数2】 [Equation 2]

【0039】なお、前記忘却係数λ1、λ2は、忘却要素
なしの場合には前記忘却係数λ1=λ2=1とし、忘却要
素つきの場合にはλ1=0.98、λ2=1とした。ま
た、本実施形態においては、前記各パラメータの初期値
θ0を、運転状態の応じてあらかじめ設定することで、
収束までの時間の短縮を図っている(パラメータ初期値
1(0)=A1、a2(0)=A2、b0(0)=B0とす
る)。
The forgetting factors λ 1 and λ 2 are the forgetting factors λ 1 = λ 2 = 1 when there is no forgetting element, and λ 1 = 0.98 and λ 2 = when the forgetting element is included. It was set to 1. Further, in the present embodiment, the initial value θ0 of each parameter is set in advance according to the operating state,
The time until convergence is shortened (parameter initial values a 1 (0) = A1, a 2 (0) = A2, b 0 (0) = B0).

【0040】(C)推定したパラメータの安定性評価に
ついて 前記プラントモデル同定部223で推定されたパラメー
タは、制御の発散を防止するため、前記安定性評価部2
24で設定した安定領域内にあるか否かが判定される。
なお、前記安定領域は以下のように設定する。本実施形
態では、上述したように、出力誤差が最小となるように
プラントモデルを同定している。このように出力誤差が
最小とするシステム同定は、ディジタルフィルタとして
IIR(Infinite Impulse Response)フィルタを用い
た適応ディジタルフィルタリング(ADF)と等価であ
るから、2次のIIRフィルタの安定条件を前記プラン
トモデル同定部223で同定したプラントモデルに対し
て適用する。
(C) Evaluation of Stability of Estimated Parameter The parameter estimated by the plant model identification unit 223 is stored in the stability evaluation unit 2 in order to prevent control divergence.
It is determined whether or not it is within the stable region set in 24.
The stable region is set as follows. In this embodiment, as described above, the plant model is identified so that the output error is minimized. In this way, system identification that minimizes the output error is equivalent to adaptive digital filtering (ADF) using an IIR (Infinite Impulse Response) filter as a digital filter. Therefore, the stability condition of the second-order IIR filter is set to the plant model. It is applied to the plant model identified by the identification unit 223.

【0041】まず、式(4)に示すプラントモデルの伝
達関数GP(z-1)の極をZpとすると、次式(10)が
安定のための条件である。 │Zp│<1 …(10) そして、プラントモデルの伝達関数GP(z-1)の極は、
その特性多項式より次式(11)に示す2次方程式の根
で与えられる。
First, assuming that the pole of the transfer function G P (z -1 ) of the plant model shown in equation (4) is Zp, the following equation (10) is a condition for stability. │Zp│ <1 (10) Then, the pole of the transfer function G P (z -1 ) of the plant model is
From the characteristic polynomial, it is given by the root of the quadratic equation shown in the following equation (11).

【0042】 f(z)=Z2+a11+a2=0 …(11) ここで、式(11)が実根を持つ場合は、a1≧4a2
あり、このとき2つの根は、−1〜1の範囲になければ
ならない。従って、その条件は以下のようになる(式
(12))。 f(−1)=1−a1+a2 > 0 f(1) =1+a1+a2 > 0 従って、1 > │a1│−a2 …(12) 一方、式(11)が複素根を持つ場合は、a1<4a2
あり、根の絶対値は、次式(13)のようになる。
F (z) = Z 2 + a 1 Z 1 + a 2 = 0 (11) Here, when Expression (11) has a real root, a 1 ≧ 4a 2 and at this time, two roots are , -1 to -1. Therefore, the condition is as follows (equation (12)). f (-1) = 1-a 1 + a 2> 0 f (1) = 1 + a 1 + a 2> 0 Therefore, 1> │a1│-a2 ... ( 12) On the other hand, if the expression (11) has a complex roots Is a 1 <4a 2 , and the absolute value of the root is given by the following expression (13).

【0043】[0043]

【数3】 [Equation 3]

【0044】従って、根の絶対値が1より小さくなるた
めの条件は、次式(14)のようになる。 1>a2>0 …(14) 従って、上記式(12)及び(14)より、前記制御の
安定性を確保できるプラントモデルのパラメータa1
2は、図5中の破線で示す範囲にあることが必要とな
る。これが、理論上制御が安定状態となる領域(以下、
第1の安定領域という)である。
Therefore, the condition for the absolute value of the root to become smaller than 1 is given by the following equation (14). 1> a 2 > 0 (14) Therefore, from the above equations (12) and (14), the parameter a 1 of the plant model that can ensure the stability of the control,
It is necessary that a 2 be in the range indicated by the broken line in FIG. This is a region where control theoretically becomes stable (hereinafter,
The first stable region).

【0045】しかし、実機においては同定誤差の影響等
により、推定したパラメータ値がこの第1の安定領域内
にある場合であっても制御が発散してしまう場合があ
る。そこで、本実施形態では、前記第1の安定領域を余
裕代分狭めた(所定割合で縮小した)領域を第2の安定
領域として設定し、この第2の安定領域を用いて安定性
評価を行うことにしている。
However, in the actual machine, the control may diverge due to the influence of the identification error even if the estimated parameter value is within the first stable region. Therefore, in the present embodiment, a region in which the first stable region is narrowed by a margin amount (reduced by a predetermined ratio) is set as a second stable region, and stability evaluation is performed using the second stable region. I'm going to do it.

【0046】但し、同定誤差の大小は、機関の運転状態
により(より具体的に言うとプラントのむだ時間が長い
場合やプラントの状態が不安定である場合に)影響を受
けるので、前記第2の安定領域を設定するに際し、機関
の運転状態に応じて前記第1の安定領域を縮小する(狭
める)割合を変更するようにしている。例えば、中〜高
速領域においては、前記プラントのむだ時間が短く同定
誤差が少ないと考えられるため余裕代は小さくてよく、
図5中の実線で示すように、前記第1の安定領域に対す
る大きさが90%となる安定領域(図中、安定領域A)
を設定する。これは、第2の安定領域を設定するに際
し、第1の安定領域を縮小する割合を最小限に抑えて、
応答性限界をできるだけ大きくしたものである。
However, since the magnitude of the identification error is affected by the operating state of the engine (more specifically, when the dead time of the plant is long or when the state of the plant is unstable), the above-mentioned second When setting the stable region, the ratio of reducing (narrowing) the first stable region is changed according to the operating state of the engine. For example, in the medium to high speed region, the margin time may be small because it is considered that the dead time of the plant is short and the identification error is small.
As shown by the solid line in FIG. 5, a stable region having a size of 90% with respect to the first stable region (stable region A in the figure)
To set. This is to minimize the rate of shrinking the first stable region when setting the second stable region,
The response limit is made as large as possible.

【0047】一方、アイドル時を含む低速領域において
は、前記プラントのむだ時間が長くなり、同定誤差も大
きくなると考えられるため余裕代は大きくなり、図5中
の一点鎖線で示しように、前記第1の安定領域に対する
大きさが64%となる安定領域(図中、安定領域B)を
設定する。これは、制御の発散を確実に防止するため
に、より安定領域を狭めるようにしたものである。
On the other hand, in the low speed region including the idling time, the dead time of the plant becomes long and the identification error is considered to become large, so that the margin margin becomes large, and as shown by the one-dot chain line in FIG. A stable area (stable area B in the figure) having a size of 64% with respect to the stable area 1 is set. This is to make the stable region narrower in order to surely prevent the divergence of the control.

【0048】以上のように、安定性評価に用いる第2の
安定領域を運転状態に応じて設定し、それぞれの安定領
域(すなわち、安定領域A又はB)を用いて、前記プラ
ントモデル同定部223が推定したパラメータの安定性
評価を行う。そして、前記プラントモデル同定部223
から入力された推定パラメータa1(t)、a2(t)が、運
転状態に応じて設定した第2の安定領域(安定領域A又
はB)内にあれば、推定パラメータa1(t)、a2(t)を
そのまま前記制御ゲイン算出部225及びむだ時間補償
器222に出力し、安定領域内になければ、運転状態に
応じてあらかじめ設定した初期値a1(0)=A1、a
2(0)=A2を制御ゲイン算出部225に出力する。
As described above, the second stable region used for stability evaluation is set according to the operating state, and the plant model identifying unit 223 is used by using each stable region (ie, stable region A or B). The stability of the estimated parameters is evaluated. Then, the plant model identification unit 223
If the estimated parameters a 1 (t) and a 2 (t) input from the above are within the second stable region (stable region A or B) set according to the operating state, the estimated parameter a 1 (t) , A 2 (t) are directly output to the control gain calculator 225 and the dead time compensator 222, and if they are not within the stable region, an initial value a 1 (0) = A 1, a preset according to the operating state is output.
2 (0) = A2 is output to the control gain calculation unit 225.

【0049】以上の制御を図6のフローチャートに示
す。図6において、ステップ1(図中S1と記す。以下
同じ)では、前記プラントモデル同定部223がプラン
トモデルのパラメータを推定する。ステップ2では、吸
入空気量Qa、冷却水温度Twを読み込む。ステップ3
では、読み込んだ吸入空気量Qaとあらかじめ設定した
所定値Q0とを比較する。Qa≧Q0であればステップ4
に進み、Qa<Q0であればステップ6に進んで前記安
定領域Bを設定する。
The above control is shown in the flowchart of FIG. In FIG. 6, in step 1 (denoted as S1 in the figure; the same applies hereinafter), the plant model identification unit 223 estimates the parameters of the plant model. In step 2, the intake air amount Qa and the cooling water temperature Tw are read. Step 3
Then, the read intake air amount Qa is compared with a preset predetermined value Q0. If Qa ≧ Q0, step 4
If Qa <Q0, the process proceeds to step 6 to set the stable region B.

【0050】ステップ4では、読み込んだ冷却水温度T
wとあらかじめ設定した所定温度T0とを比較する。T
w≧T0であればステップ5に進んで前記安定領域Aを
設定し、Tw<T0であればステップ6に進んで前記安
定領域Bを設定する。そして、ステップ7では、ステッ
プ5又はステップ6で設定した安定領域(A又はB)を
用いて、ステップ1で推定したパラメータa1(t)、a2
(t)が、安定領域内にあるか否かを判断する。設定した
安定領域内にある場合は、ステップ8に進み、推定した
パラメータa1(t)、a2(t)をそのまま出力ゲイン算出
部225に出力する。一方、設定した安定領域内にない
場合は、ステップ9に進み、運転状態に応じてあらかじ
め設定した初期値A1、A2を出力ゲイン算出部225
に出力する。
In step 4, the cooling water temperature T read
The w is compared with a predetermined temperature T0 set in advance. T
If w ≧ T0, the process proceeds to step 5 to set the stable region A, and if Tw <T0, the process proceeds to step 6 to set the stable region B. Then, in step 7, the parameters a 1 (t), a 2 estimated in step 1 are used by using the stable region (A or B) set in step 5 or step 6.
It is determined whether (t) is within the stable region. If it is within the set stable region, the process proceeds to step 8, and the estimated parameters a 1 (t) and a 2 (t) are output to the output gain calculation unit 225 as they are. On the other hand, if it is not within the set stable region, the process proceeds to step 9, and the output gain calculation unit 225 sets the initial values A1 and A2 set in advance according to the operating state.
Output to.

【0051】このように、安定性評価に用いる第2の安
定領域を運転状態に応じて設定することで、制御の発散
を確実に防止すると共に、応答性限界をより大きく設定
することができる。なお、以上の説明では、運転状態を
代表する値として吸入空気量Qa及び冷却水温度Twを
用いているが、前記プラントのむだ時間が長くなる運転
状態を検出できるものであればよく、例えば機関回転速
度Neや車速Vspを用いるようにしてもよい。
As described above, by setting the second stable region used for stability evaluation in accordance with the operating state, it is possible to surely prevent the divergence of the control and set the responsiveness limit to a larger value. In the above description, the intake air amount Qa and the cooling water temperature Tw are used as the values representing the operating state, but any operating state in which the dead time of the plant becomes long may be detected, for example, an engine. The rotation speed Ne or the vehicle speed Vsp may be used.

【0052】また、安定性評価に用いる第2の安定領域
として、理論上制御が安定状態となる第1の安定領域の
90%、64%の大きさの領域を用いているが、これに
限るものではなく、例えば、第2の安定領域を第1の運
転領域の95%、80%等の大きさとするものであって
もよく、運転状態に応じて縮小割合を連続的に変更する
ように構成してもよい。
Further, as the second stable region used for the stability evaluation, the regions of 90% and 64% of the first stable region in which the control theoretically becomes stable are used, but the present invention is not limited to this. Instead of this, for example, the second stable region may be 95%, 80%, etc. of the first operating region, and the reduction ratio may be continuously changed according to the operating condition. You may comprise.

【0053】更に、例えば、図7(A)、(B)に示す
ように、前記第1の安定領域に対してパラメータa2
リミット値La2を設けて基準の安定領域(図中、実線
で示す)を設定し、この基準の安定領域を運転状態に応
じて縮小させて前記安定性評価に用いる安定領域(安定
領域C、図中、一点鎖線で示す。)を設定すると共に、
パラメータb0についてもリミット値Lb0を設けるよう
にしてもよい。
Further, for example, as shown in FIGS. 7A and 7B, a limit value La 2 is set for the parameter a 2 with respect to the first stable region, and a reference stable region (solid line in the figure) is provided. Is set) and the stable region of this reference is reduced according to the operating state to set the stable region (stable region C, shown by a dashed line in the figure) to be used for the stability evaluation.
A limit value Lb 0 may also be set for the parameter b 0 .

【0054】なお、この場合は、推定したパラメータa
1(t)、a2(t)が安定領域C内になく、また、推定した
パラメータb0 (t)がリミット値Lbを超える場合に
は、前記制御ゲイン算出部225には、パラメータ初期
値(A1、A2、B0)が出力されることになる。 (D)S/M制御部221の離散時間伝達関数の算出に
ついて 前記S/M制御部221を、以下のようにして伝達関数
化する。
In this case, the estimated parameter a
When 1 (t) and a 2 (t) are not within the stable region C and the estimated parameter b 0 (t) exceeds the limit value Lb, the control gain calculation unit 225 includes the parameter initial value. (A1, A2, B0) will be output. (D) Calculation of discrete-time transfer function of S / M control unit 221 The S / M control unit 221 is converted into a transfer function as follows.

【0055】y(t)をプラント出力値(実空燃比λ
r)、ω(t)を目標値(目標空燃比λt)とし、e(t)
=ω(t)−y(t)とすると、1サンプルにおけるプラン
ト入力(すなわち、S/M制御部221からの出力)u
(t)の差分Δu(t)は、次式(15)で与えられる。
Y (t) is the plant output value (actual air-fuel ratio λ
r) and ω (t) are set as target values (target air-fuel ratio λt), and e (t)
= Ω (t) -y (t), the plant input (that is, the output from the S / M control unit 221) in one sample u
The difference Δu (t) of (t) is given by the following equation (15).

【0056】[0056]

【数4】 [Equation 4]

【0057】ここで、e(t)=ω(t)−y(t)、e(t)
−e(t−1)=Δe(t)であるから、式(15)より次
式(16)が得られる。
Here, e (t) = ω (t) -y (t), e (t)
Since −e (t−1) = Δe (t), the following expression (16) is obtained from the expression (15).

【0058】[0058]

【数5】 [Equation 5]

【0059】但し、K(z-1)は次式(17)で表される
ものであり、式(18)のように展開して各制御ゲイン
に基づいて算出する。
However, K (z -1 ) is expressed by the following equation (17), which is expanded as the equation (18) and calculated based on each control gain.

【0060】[0060]

【数6】 [Equation 6]

【0061】従って、式(17)よりプラント入力u
(t)は、次式(19)で表される。
Therefore, from the equation (17), the plant input u
(t) is expressed by the following equation (19).

【0062】[0062]

【数7】 [Equation 7]

【0063】ここで、非線形項を含めないものとして取
り扱うことにすると、S/M制御部221の離散時間伝
達関数GC(z-1)は、次式(20)のように表すことがで
きる。 GC(z-1) = K(z-1)/(1-z-1) …(20) (E)前記むだ時間補償器222の離散時間伝達関数の
算出について 上述したように、むだ時間補償器222は、むだ時間後
の出力予測を行いつつむだ時間要素の影響を補償するス
ミス法を用いるので、むだ時間補償器222の離散時間
伝達関数GL(z-1)は、次式(21)のように算出でき
る。
If the non-linear term is not included, the discrete-time transfer function G C (z -1 ) of the S / M control unit 221 can be expressed by the following equation (20). . G C (z −1 ) = K (z −1 ) / (1-z −1 ) ... (20) (E) As described above with respect to the calculation of the discrete time transfer function of the dead time compensator 222, the dead time is Since the compensator 222 uses the Smith method for compensating the influence of the dead time element while performing the output prediction after the dead time, the discrete time transfer function G L (z −1 ) of the dead time compensator 222 is represented by the following equation ( 21) can be calculated.

【0064】 GL(z-1)=z-10/A(z-1)− z-k0/A(z-1) = (z-1−z-k)b0/A(z-1) …(21) なお、z-10/A(z-1)は、前記プラントモデルを用
いて表したむだ時間がない場合の出力予測であり、z-k
0/A(z-1)は、同じく前記プラントモデルを用いて
表したむだ時間を含む実出力予測である。
G L (z −1 ) = z −1 b 0 / A (z −1 ) − z −k b 0 / A (z −1 ) = (z −1 −z −k ) b 0 / A (z −1 ) ... (21) Note that z −1 b 0 / A (z −1 ) is the output prediction when there is no dead time expressed using the plant model, and z −k
b 0 / A (z −1 ) is an actual output prediction including the dead time similarly expressed using the plant model.

【0065】以上のようにして算出した各伝達関数(プ
ラントモデル、S/M制御部21、むだ時間補償器)を
用いたブロック図を図8に示す。次に、システム全体の
閉ループ伝達関数化について説明する。なお、上述した
ようにS/M制御部221の非線形項は含めないものと
する。 (F)システム全体の閉ループ伝達関数W(z-1)の算出
について まず、前記S/M制御部221とむだ時間補償器222
のフィードバックループを取り出し、目標(目標空燃比
λt)から出力(フィードバック制御量)への1つの伝
達関数を算出する。図5において、S/M制御部221
とむだ時間補償器22とを含む局所ループの伝達関数G
CL(z-1)は、式(20)、(21)より次式(22)の
ように算出できる。
FIG. 8 shows a block diagram using the transfer functions (plant model, S / M control unit 21, dead time compensator) calculated as described above. Next, the closed-loop transfer function conversion of the entire system will be described. Note that the nonlinear term of the S / M control unit 221 is not included as described above. (F) Calculation of Closed Loop Transfer Function W (z −1 ) of Entire System First, the S / M control unit 221 and the dead time compensator 222 are described.
Is taken out, and one transfer function from the target (target air-fuel ratio λt) to the output (feedback control amount) is calculated. In FIG. 5, the S / M control unit 221
Transfer function G of local loop including dead time compensator 22
CL (z -1 ) can be calculated from the equations (20) and (21) as in the following equation (22).

【0066】[0066]

【数8】 [Equation 8]

【0067】従って、プラント及び式(22)に示す局
所ループを含めたシステム全体の閉ループ伝達関数W
(z-1)は、次式(23)のように算出できる。
Therefore, the closed loop transfer function W of the entire system including the plant and the local loop shown in the equation (22).
(z -1 ) can be calculated by the following equation (23).

【0068】[0068]

【数9】 [Equation 9]

【0069】以上の算出結果に基づき、本実施形態にお
ける空燃比フィードバック制御全体を示すブロック図が
図9である。 (G)極配置法による前記S/M制御部221の制御ゲ
インの算出について 前記閉ループ伝達関数W(z-1)の特性多項式は、式(2
3)より、(1−z-1)A(z-1) +z-10K(z-1)であ
り、これを次式(24)のようにおく。
FIG. 9 is a block diagram showing the entire air-fuel ratio feedback control in this embodiment based on the above calculation results. (G) Calculation of the control gain of the S / M control unit 221 by the pole placement method The characteristic polynomial of the closed loop transfer function W (z −1 ) is expressed by Equation (2)
From (3), (1-z -1 ) A (z -1 ) + z -1 b 0 K (z -1 ), which is given by the following equation (24).

【0070】[0070]

【数10】 [Equation 10]

【0071】このとき、応答性、行き過ぎ量、整定時間
等の点から望ましい極となるようなT(z-1)を設定する
ことで、S/M制御部221の制御ゲインを以下のよう
にして算出する。式(24)より、次式(25)が得ら
れる。
At this time, the control gain of the S / M control section 221 is set as follows by setting T (z −1 ) which is a desirable pole in terms of responsiveness, overshoot, settling time, etc. To calculate. From equation (24), the following equation (25) is obtained.

【0072】[0072]

【数11】 [Equation 11]

【0073】ここで、式(18)より、K(z-1)= (KP
+KI・SP+KI・SD+KD)−(KP+KI・SD+2KD)
-1+KD-2であるので、切換関数線形ゲインSP及び
切換関数微分ゲインSDを1に設定し、線形項線形ゲイ
ンKP、適応則ゲインKI、線形項微分ゲインKDを可変
パラメータとすれば、次式(26)によう表すことがで
きるから、
From the equation (18), K (z -1 ) = (K P
+ K I・ S P + K I・ S D + K D )-(K P + K I・ S D + 2K D )
Since z −1 + K D z −2 , the switching function linear gain S P and the switching function differential gain S D are set to 1, and the linear term linear gain K P , the adaptive law gain K I , and the linear term differential gain K D are set. If is a variable parameter, it can be expressed by the following equation (26).

【0074】[0074]

【数12】 [Equation 12]

【0075】となり、次式(27)〜(29)を得る。Then, the following equations (27) to (29) are obtained.

【0076】[0076]

【数13】 [Equation 13]

【0077】従って、式(27)〜(29)をKP
I、KDについて解き、a1、a2、b0を、それぞれ前
記安定性評価部224から出力された値(すなわち、推
定パラメータ又はパラメータ初期値)で表すことによ
り、各ゲインが算出できる。なお、前記特性多項式T
(z-1)=1+t1-1+t2-2としては、例えば、減衰
ζ=0.7、固有角周波数ω=30としたときの二次系
の連続時間システム、 G(s)=ω2 / (s2+2ζω・s+ω2) をサンプル時間Tiで離散化したときの伝達関数の分母
を用いることが考えられる。
Therefore, equations (27) to (29) are converted into K P ,
Each gain can be calculated by solving for K I and K D , and representing a 1 , a 2 , and b 0 by the value output from the stability evaluation unit 224 (that is, the estimated parameter or the parameter initial value). . The characteristic polynomial T
As (z −1 ) = 1 + t 1 z −1 + t 2 z −2 , for example, a quadratic continuous-time system when damping ζ = 0.7 and natural angular frequency ω = 30, G (s) It is conceivable to use the denominator of the transfer function when == ω 2 / (s 2 + 2ζω · s + ω 2 ) is discretized at the sample time T i .

【0078】そして、このように算出した制御ゲインを
用いて、前記S/M制御部221は、プラントへの制御
量を算出する。以上のように、パラメータを逐次推定し
たプラントモデルを用いてシステム全体を1つの伝達関
数で表し、その極が応答性、行き過ぎ量、整定時間等の
点から望ましい極と一致するように、プラントへのフィ
ードバック制御量を算出するS/M制御部221の制御
ゲインを求めるので、プラントの特性変化に対応した良
好な制御ゲインが算出でき、ひいては、精度のよい空燃
比フィードバック制御が実行できる。
Then, using the control gain calculated in this way, the S / M control section 221 calculates the control amount for the plant. As described above, the entire system is represented by one transfer function using the plant model in which the parameters are sequentially estimated, and the plant is arranged so that its poles coincide with desirable poles in terms of response, overshoot, settling time, etc. Since the control gain of the S / M control unit 221 that calculates the feedback control amount is calculated, a good control gain corresponding to the change in the characteristics of the plant can be calculated, and thus accurate air-fuel ratio feedback control can be executed.

【0079】また、本実施形態の特徴として、前記安定
性評価部224において、運転状態に応じて異なる安定
領域を設定するようにしたので、制御の発散を確実に防
止して安定性を確保しつつ、応答性限界を最大限広げる
ことができる。
Further, as a feature of this embodiment, the stability evaluation section 224 sets different stable regions according to the operating state, so that the divergence of the control is surely prevented and the stability is secured. At the same time, the responsiveness limit can be maximized.

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

【図1】本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステム
図。
FIG. 1 is a system diagram of an internal combustion engine showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明に係る空燃比制御を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing air-fuel ratio control according to the present invention.

【図3】同じくむだ時間補償制御を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing the dead time compensation control.

【図4】同じくむだ時間算出用のテーブルを示す図。FIG. 4 is a diagram showing a table for similarly calculating dead time.

【図5】同じくパラメータ安定領域の一例を示す図。FIG. 5 is a diagram similarly showing an example of a parameter stable region.

【図6】同じくパラメータ安定性評価を示すフローチャ
ート。
FIG. 6 is a flow chart showing a parameter stability evaluation.

【図7】同じくパラメータ安定領域の他の例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing another example of the parameter stable region.

【図8】本発明におけるS/M制御部221及びむだ時
間補償器222を伝達関数で表したブロック図。
FIG. 8 is a block diagram showing a transfer function of an S / M control unit 221 and a dead time compensator 222 according to the present invention.

【図9】本発明におけるセルフチューニングコントロー
ルを用いたスライディングモード制御による空燃比フィ
ードバック制御全体を示すブロック図。
FIG. 9 is a block diagram showing the entire air-fuel ratio feedback control by sliding mode control using self-tuning control according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンジン 2 吸気通路 3 エアフローメータ 4 スロットル弁 5 燃料噴射弁 6 コントロールユニット(C/U) 8 点火プラグ 11 排気通路 13 A/Fセンサ 14 クランク角センサ 15 水温センサ 1 engine 2 Intake passage 3 Air flow meter 4 Throttle valve 5 Fuel injection valve 6 Control unit (C / U) 8 spark plugs 11 exhaust passage 13 A / F sensor 14 Crank angle sensor 15 Water temperature sensor

───────────────────────────────────────────────────── 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) G05B 13/02 G05B 13/02 D 13/04 13/04 Fターム(参考) 3G084 BA09 BA13 DA25 EA11 EB08 EB11 EB13 EB16 EC04 FA07 FA20 FA29 FA33 3G301 JA11 LA01 MA01 NA08 NA09 NB02 NC02 ND01 ND05 ND06 ND15 NE16 PA01Z PB03Z PD04Z PE01Z PE08Z PF01Z 5H004 GA10 GA14 GB12 HA13 HB04 KA61 KA74 KB38 KC35 KC39 KC43 KC45 KC54 LA03 LA12 LB06 LB10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G05B 13/02 G05B 13/02 D 13/04 13/04 F term (reference) 3G084 BA09 BA13 DA25 EA11 EB08 EB11 EB13 EB16 EC04 FA07 FA20 FA29 FA33 3G301 JA11 LA01 MA01 NA08 NA09 NB02 NC02 ND01 ND05 ND06 ND15 NE16 PA01Z PB03Z PD04Z PE01Z PE08Z PF01Z 5H004 GA10 GA14 GB12 HA13 HB04 KA61 KA74 KB38C54 K10 K45 KC35 KC39 KC35 KC35 KC39 KC35 KC35 KC35 KC39

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】実空燃比を空燃比検出手段により検出し、
空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する内燃機関
の空燃比制御装置であって、 燃料噴射量と検出した実空燃比とに基づいて、燃料噴射
手段から空燃比検出手段の間のプラントを表したプラン
トモデルのパラメータを推定する同定手段と、 該同定手段の推定した推定パラメータが、設定した安定
領域内にあるか否かを判定し、安定領域内にあるときは
当該推定パラメータをそのまま出力する一方、前記安定
領域内にないときはあらかじめ設定した所定値を出力す
る判定手段と、 該判定手段の出力に基づいて、燃料噴射量のフィードバ
ック制御量を算出するための制御ゲインを算出する制御
ゲイン算出手段と、 該制御ゲイン算出手段の算出した制御ゲインを用いて前
記フィードバック制御量を算出する制御量算出手段と、
を含んで構成し、 前記判定手段は、理論上制御が安定状態となる領域を所
定割合で縮小した領域を前記安定領域として設定するこ
とを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
1. An actual air-fuel ratio is detected by an air-fuel ratio detecting means,
An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that feedback-controls an air-fuel ratio to a target air-fuel ratio, and represents a plant between the fuel injection means and the air-fuel ratio detection means based on the fuel injection amount and the detected actual air-fuel ratio. Identification means for estimating the parameters of the plant model, and whether the estimated parameters estimated by the identification means are within the set stable region, and when they are within the stable region, the estimated parameters are output as they are. , A determination means for outputting a predetermined value set in advance when not within the stable region, and a control gain calculation for calculating a control gain for calculating the feedback control amount of the fuel injection amount based on the output of the determination means Means, and control amount calculation means for calculating the feedback control amount using the control gain calculated by the control gain calculation means,
The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, wherein the determining means sets a region obtained by theoretically reducing a region in which the control is in a stable state at a predetermined ratio as the stable region.
【請求項2】前記判定手段は、前記推定パラメータが設
定した安定領域内にないときに、機関運転状態に応じて
設定された初期値を出力することを特徴とする請求項1
記載の内燃機関の空燃比制御装置。
2. The determining means outputs an initial value set according to an engine operating state when the estimated parameter is not within a set stable region.
An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine as described.
【請求項3】前記判定手段は、前記所定割合を機関の運
転状態に応じて設定することを特徴とする請求項1又は
請求項2記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the determining means sets the predetermined ratio according to an operating state of the engine.
【請求項4】前記判定手段は、機関吸入空気量が少ない
ほど前記安定領域を小さく設定することを特徴とする請
求項3記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the determining means sets the stability region to be smaller as the engine intake air amount is smaller.
【請求項5】前記判定手段は、機関冷却水温度が低いほ
ど前記安定領域を小さく設定することを特徴とする請求
項3又は請求項4記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the determining means sets the stable region to be smaller as the engine cooling water temperature is lower.
【請求項6】前記同定手段は、逐次最小二乗法を用いて
前記プラントモデルのパラメータを推定することを特徴
とする請求項1から請求項5のいずれか1つに記載の内
燃機関の空燃比制御装置。
6. The air-fuel ratio of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the identifying means estimates the parameters of the plant model by using a recursive least squares method. Control device.
【請求項7】前記制御量算出手段は、前記プラントモデ
ルを用いてプラントに含まれるむだ時間の影響を排除す
るむだ時間補償手段を備えることを特徴とする請求項1
から請求項6のいずれか1つに記載の内燃機関の空燃比
制御装置。
7. The control amount calculation means comprises dead time compensation means for eliminating the influence of dead time included in the plant by using the plant model.
7. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 6.
【請求項8】前記制御量算出手段は、スライディングモ
ード制御により前記フィードバック制御量を算出するこ
とを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1つに
記載の内燃機関の空燃比制御装置。
8. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control amount calculation means calculates the feedback control amount by sliding mode control. .
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