JP2004116467A - フィードバック制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】目標PIMに対する実測PIMのオーバーシュート値が所定値(例えば、−20kPa)を越えた場合は、各ゲインテーブル3、4、5で演算されるフィードバックゲイン(P、I、Dゲインkp、ki、kd)に、次回の演算から1より小さい値の補正係数(例えば、0.95)を乗算して小さい値に変更する。その結果、VNT本体、負圧アクチュエータ、EVRV等の機差により、所定の応答性が得られない場合が発生して、実測PIMが一度所定値よりもオーバーシュートすると、次回からは実測PIMのオーバーシュートが抑えられることになり、VNT制御システムの信頼性が高まる。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、目標値に実値が近づくように制御対象をフィードバック制御するフィードバック制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
フィードバック制御システムを搭載した従来技術の一例として、バリアブル・ノズル・タービン(以下、VNT)の制御例を示す。
VNT制御システムは、エンジン(内燃機関)に過給圧を供給するターボチャージャにおいてタービンに向けて排気ガスを吹き出すタービンノズルの傾きを、運転状態に応じた過給圧が得られるように制御するものである。
具体的には、運転状態から目標過給圧(以下、目標PIM:目標値に相当する)を求め、実際の過給圧(以下、実測PIM:実値に相当する)が目標PIMとなるようにタービンノズルの傾きを制御するものである。
そして、目標PIMに対する実測PIMのオーバーシュートを防止するために、実測PIMと目標PIMの偏差ΔPIMに基づいてタービンノズルの傾きをフィードバック制御している。フィードバック制御の一例として、偏差に基づいてPゲイン(比例ゲイン)、Iゲイン(積分ゲイン)、Dゲイン(微分ゲイン)を求め、これら各ゲインを基にタービンノズルの傾きを補正するPID制御等が一般に用いられている(特許文献なし)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
PID制御では、最適な応答性が得られるように、Pゲインを求めるのに用いられる定数、Iゲインを求めるのに用いられる定数、Dゲインを求めるのに用いられる定数が予め決定される。
【0004】
つまり、上述したVNT制御システムでは、目標PIMに対して実測PIMが所定の応答性を得るように、P、I、Dゲインの各定数が予め設定されている。しかしながら、VNT本体、タービンノズルの傾きを変更するアクチュエータ(例えば、負圧アクチュエータ等)、このアクチュエータを作動させる装置(例えば、負圧アクチュエータに与えられる負圧を制御するEVRV)等の機差により、所定の応答性が得られない可能性がある。このため、所定値よりも実測PIMが大きくオーバーシュートする可能性がある。実測PIMが大きくオーバーシュートすると、VNT本体の破損を招く可能性があるため、上述したような機差が発生しても、実測PIMが大きくオーバーシュートするのを防ぐ必要がある。
【0005】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、目標値に対する実値のオーバーシュートを適切な範囲に抑えることを目的としており、VNT制御システムに適用した場合は、上記機差が生じても実測PIMのオーバーシュートを抑えることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
〔請求項1の手段〕
請求項1の手段を採用するフィードバック制御システムは、目標値に対する実値のオーバーシュート値が所定値を越えた場合に、偏差から求められるフィードバックゲインを次回の演算から小さい値に変更する。
このため、制御対象の個体差等によってフィードバックの応答性が基準となる応答性に対して異なる場合であっても、次回からのオーバーシュートを抑えることができる。
【0007】
〔請求項2の手段〕
請求項2の手段を採用するフィードバック制御システムは、偏差から求められるフィードバックゲインに、1より小さい値の補正係数を乗算することで、フィードバックゲインを小さい値に変更する。
このように、補正係数を乗算するのみでフィードバックゲインを変更できるため、フィードバックゲインの変更制御をシンプル化できる。
【0008】
〔請求項3の手段〕
請求項3の手段を採用するフィードバック制御システムは、小さい値に変更されるフィードバックゲインが、P、I、DゲインのうちのPゲインである。
P、I、Dゲインのうち、Pゲインがオーバーシュートを抑制する主な値であるため、次回の演算からPゲインを小さな値に変更するのみで、オーバーシュートを適切な範囲に抑えることができる。
【0009】
〔請求項4の手段〕
請求項4の手段を採用するフィードバック制御システムは、小さい値に変更されるフィードバックゲインが、P、I、Dゲインである。
P、I、Dゲインの全てがオーバーシュートの抑制にかかわるため、P、I、Dゲインの全てを変更することで、オーバーシュートをより適切に抑えることができる。
【0010】
〔請求項5の手段〕
請求項5の手段を採用するフィードバック制御システムは、フィードバックゲインを小さい値に変更する際、P、I、Dゲインに対して、一律の補正係数を乗じる。
このため、P、I、Dゲインの変更が容易になり、フィードバックゲインの変更制御をシンプル化できる。
【0011】
〔請求項6の手段〕
請求項6の手段を採用するフィードバック制御システムは、VNT制御システムに適用されたものであり、目標PIMに対する実測PIMのオーバーシュート値が所定値を越えた場合に、偏差から求められるフィードバックゲインを次回の演算から小さい値に変更する。
このため、VNT本体、タービンノズルの傾きを変更するアクチュエータ、このアクチュエータを作動させる装置等の機差により、所定の応答性が得られない場合が発生しても、実測PIMのオーバーシュート値が一度所定値より越えた後はオーバーシュートが抑えられる。このように、実測PIMのオーバーシュートが抑えられることになるため、VNT本体の破損を防ぐことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例と変形例を用いて説明する。
[実施例の構成]
本発明をVNT制御システムに適用した実施例を図1〜図4を参照して説明する。
【0013】
まず、VNT制御システムを説明する。
VNT制御システムは、VNT本体、負圧アクチュエータ、EVRV(エレクトリカル・バキューム・レギュレーション・バルブの略)および制御装置から構成される。
VNT本体は、エンジンに過給圧(吸気圧)を供給するターボチャージャのタービン側に搭載されたものであり、ターボチャージャのタービンに向けて排気ガスを吹き出すタービンノズルの傾きが変更可能なものである。そして、タービンノズルの傾きを変更することにより、タービンホイールおよびコンプレッサホイールの回転速度を調整することができ、結果的に過給圧をコントロールすることができる。
【0014】
負圧アクチュエータは、コンプレッサホイールの上流で発生する負圧を利用して、タービンノズルの傾きを変更する駆動手段である。
EVRVは、負圧アクチュエータに与えられる負圧を制御するコントロールバルブであり、制御装置にデューティ制御されて負圧アクチュエータに与える負圧がコントロールされる。
【0015】
制御装置は、CPU、RAM、ROM等を搭載しており、ROMに記憶されたプログラムと、RAMに読み込まれたセンサ類の信号(例えば、エンジン回転数センサの信号、過給圧センサの信号等)とに基づいて、タービンノズルの傾きを制御して、エンジンに供給される過給圧をコントロールするように設けられている。
具体的には、インジェクタから噴射される燃料噴射量Qとエンジン回転数NEを基に目標PIM(目標値に相当する)を求め、コンプレッサホイールの下流で測定される実際の過給圧(実測PIM:実値に相当する)が目標PIMとなるように、EVRVに与えるデューティ比を演算して、タービンノズルの傾きを制御するものであり、制御装置は、実測PIMが目標PIMに近づくようにEVRVに与えるデューティ比をフィードバック制御することで、タービンノズルの傾きをフィードバック制御するように設けられている。なお、EVRV、負圧アクチュエータ、タービンノズルからなるノズル駆動系がVNT制御システムの制御対象である。
【0016】
ここで、EVRVに与えるデューティ比を求める例を図2の制御フローを参照して説明する。
まず、目標吸気圧マップ1において、燃料噴射量Qとエンジン回転数NEから目標PIMを決定する。
次に、目標吸気圧マップ1で決定された目標PIMから過給圧センサによって読み込まれた実吸気圧2(実測PIM)を減算して偏差ΔPIMを求める(目標PIM−実測PIM=偏差ΔPIM)。
【0017】
次に、Pゲインテーブル3において偏差ΔPIMに基づいたPゲインkpを求め、Iゲインテーブル4において偏差ΔPIMに基づいてIゲインkiを求め、Dゲインテーブル5において偏差ΔPIMと前回差分6の差に基づいてDゲインkdを求める。
なお、P、I、Dゲインkp、ki、kdを求めるPゲインテーブル3、Iゲインテーブル4、Dゲインテーブル5は、PID演算手段に相当するものである。
【0018】
基本開度マップ7で求めた目標PIMに各ゲインテーブル3〜5で求めたP、I、Dゲインkp、ki、kdを加算し、その加算された値に基づくデューティ比を開度−Duty変換8で求める。そして、開度−Duty変換8で求められたデューティ比によってEVRVが制御されて、負圧アクチュエータに与えられる負圧が制御され、結果的にタービンノズルの傾きが制御される。
【0019】
[実施例の特徴]
従来技術の項でも説明したように、VNT本体、負圧アクチュエータ、EVRV等の機差により、制御装置がEVRVを制御しても、タービンノズルに所定の応答性が得られない場合が考えられる。
つまり、図3に示すように、目標PIMの値(図3中、一点鎖線A参照)が変化した場合に、実測PIMの値(図3中、実線B参照)が所定値(例えば偏差ΔPIM=−20kPa)を越える大きなオーバーシュートが発生する可能性がある。このような大きなオーバーシュートは、VNT本体の破損を招く可能性がある。
【0020】
そこで、この実施例では、目標PIMに対する実測PIMのオーバーシュート値が所定値(例えば、−20kPa)を越えた場合、フィードバックゲイン(この実施例では、P、I、Dゲインkp、ki、kd)に1より小さい値の補正係数を次回の演算から常時乗算させて、フィードバックゲインを小さい値に変更するように設けられている。
具体的には、図2に示されるように、制御フローには、Pゲインテーブル3で演算されたPゲインkpを小さい値に変更するPゲイン補正マップ11、Iゲインテーブル4で演算されたIゲインkiを小さい値に変更するIゲイン補正マップ12、Dゲインテーブル5で演算されたDゲインkdを小さい値に変更するDゲイン補正マップ13が設けられている。各補正マップ11〜13がゲイン変更手段に相当する。
【0021】
また、この実施例では、大きなオーバーシュートが発生してフィードバックゲインを変更する際、P、I、Dゲインkp、ki、kdに対して、一律の補正係数(例えば、0.95)を乗じて各ゲインの値を小さくするように設けられている。
このように、各ゲインに一律の補正係数(例えば、0.95)を乗じることにより、P、I、Dゲインkp、ki、kdを小さい値に変更する制御が容易になり、ゲインの変更制御をシンプル化できる。
【0022】
次に、フィードバックゲインの変更制御の一例を、図1のフローチャートを参照して説明する。
フィードバックゲインの変更制御ルーチンに侵入すると(スタート)、先ず目標PIMにステップ応答があったか否かの判断を行う(ステップS1 )。具体的には、ΔVNT開度(タービンノズルの目標開度と現在開度の差)が所定開度(例えば20%)以上か否かの判断を行う。この判断結果がNOの場合は、リターンする。
【0023】
ステップS1 の判断結果がYES の場合、つまり目標PIMにステップ応答があった場合は、目標PIMに対して実測PIMが大きくオーバーシュートしたか否かの判断を行う(ステップS2 )。具体的には、偏差ΔPIM(目標PIM−実測PIM)が所定値(例えば−20kPa)以上か否かの判断を行う。この判断結果がNOの場合は、リターンする。
ステップS2 の判断結果がYES の場合、つまり実測PIMが大きくオーバーシュートした場合は、P、I、Dゲインkp、ki、kdに対して一律の補正係数(例えば、0.95)を乗じて各ゲインの値を小さくする(ステップS3 )。
【0024】
上記のように、実測PIMが大きくオーバーシュートした場合に、次回の演算からフィードバックゲインを小さな値に変更する制御を実施することにより、図3中の破線Cに示すように、偏差ΔPIMが−20kPaを越えてからのオーバーシュートが抑えられるようになる。
また、実測PIMが一度大きくオーバーシュートした後は、フィードバックゲインが常に小さい値に変更されるため、次回移行は図4の実線Dに示すように、オーバーシュートの発生が抑制される。
【0025】
このように、本発明を適用したVNT制御システムでは、VNT本体、負圧アクチュエータ、EVRV等の機差により、所定の応答性が得られない場合が発生しても、一度所定値よりもオーバーシュートした後はオーバーシュートが抑えられるため、VNT本体の破損を招かない。この結果、VNT制御システムの信頼性を高めることができる。
【0026】
[変形例]
上記の実施例では、実測PIMのオーバーシュート値が所定値(例えば、−20kPa)を越えた場合に、フィードバックゲイン(P、I、Dゲインkp、ki、kd)に一定の補正係数(例えば、0.95)を乗じる例を示したが、実測PIMのオーバーシュート値(即ち偏差ΔPIM)に応じて補正係数を可変しても良い。つまり、例えば、次の表1に示すように、オーバーシュート時の偏差ΔPIMに応じた補正係数としても良い。
【表1】
【0027】
上記の実施例では、フィードバックゲインを変更する際、P、I、Dゲインkp、ki、kdの全てを変更する例を示したが、Pゲインkpのみを変更するように設けても良い。P、I、Dゲインkp、ki、kdのうち、Pゲインkpがオーバーシュートを抑制する主な値であるため、Pゲインkpを変更するのみでも、オーバーシュートを適切な範囲に抑えることができる。
【0028】
上記の実施例では、フィードバック技術としてPID制御を例に示したが、PI制御、PD制御、P制御に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、オーバーシュートに着目して大きなオーバーシュートが発生した時にフィードバックゲインを変更した例を示したが、大きなアンダーシュートが発生した時にフィードバックゲインを変更するように設けても良い。
【0029】
上記の実施例では、本発明をVNT制御システムに適用した例を示したが、目標値に実値が近づくように制御対象をフィードバック制御する他のフィードバック制御システムに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】フィードバックゲインの変更制御のフローチャートである。
【図2】EVRVのデューティを求める制御フローである。
【図3】目標PIMに対する実測PIMの変化を示すタイミングチャートである。
【図4】目標PIMに対する実測PIMの変化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 目標吸気圧マップ
2 実吸気圧
3 Pゲインテーブル(PID演算手段)
4 Iゲインテーブル(PID演算手段)
5 Dゲインテーブル(PID演算手段)
11 Pゲイン補正マップ(ゲイン変更手段)
12 Iゲイン補正マップ(ゲイン変更手段)
13 Dゲイン補正マップ(ゲイン変更手段)
Claims (6)
- 目標値と実値の偏差からフィードバックゲインを求めて、目標値に実値が近づくように制御対象をフィードバック制御する制御装置を備えたフィードバック制御システムにおいて、
前記制御装置は、目標値に対する実値のオーバーシュート値が所定値を越えた場合に、偏差から求められるフィードバックゲインを次回の演算から小さい値に変更するゲイン変更手段を備えることを特徴とするフィードバック制御システム。 - 請求項1に記載のフィードバック制御システムにおいて、
前記ゲイン変更手段は、偏差から求められるフィードバックゲインに、1より小さい値の補正係数を乗算することで、偏差から求められるフィードバックゲインを小さい値に変更することを特徴とするフィードバック制御システム。 - 請求項1または請求項2に記載のフィードバック制御システムにおいて、
前記制御装置は、偏差に基づいて比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを求めるPID演算手段を備え、このPID演算手段の求めた比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインによって前記制御対象をフィードバック制御するものであり、
小さい値に変更されるフィードバックゲインは、比例ゲインであることを特徴とするフィードバック制御システム。 - 請求項1または請求項2に記載のフィードバック制御システムにおいて、
前記制御装置は、偏差に基づいて比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを求めるPID演算手段を備え、このPID演算手段の求めた比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインによって前記制御対象をフィードバック制御するものであり、
小さい値に変更されるフィードバックゲインは、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインであることを特徴とするフィードバック制御システム。 - 請求項4に記載のフィードバック制御システムにおいて、
前記制御装置は、フィードバックゲインを小さい値に変更する際、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインに対して、一律の補正係数を乗じることを特徴とするフィードバック制御システム。 - 請求項1〜請求項5のいずれかに記載のフィードバック制御システムにおいて、
前記制御装置は、バリアブル・ノズル・タービン制御システムにおいてタービンノズルの傾きを、実測過給圧と目標過給圧の偏差に基づいて実測過給圧が目標過給圧に近づくようにフィードバック制御することを特徴とするフィードバック制御システム。
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2002
- 2002-09-27 JP JP2002283938A patent/JP2004116467A/ja active Pending
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