JP2005055952A

JP2005055952A - Feedback control device

Info

Publication number: JP2005055952A
Application number: JP2003205705A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Harunari; 利晃春成; Koichiro Yomogida; 宏一郎蓬田; Futoshi Nakano; 太中野; Nobutaka Ishii; 信貴石井; Kazuya Tomikawa; 一也富川
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-08-04
Also published as: JP4186734B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a feedback control device which prevents an overshoot or undershoot, and executes precise control. <P>SOLUTION: The feedback control device is provided with a feedback control mode which adjusts the controlled variable of a control device, based on a deviation between the actual value and desired value of a controlled object; a non-feedback control mode which adjusts the controlled variable of the control device without reflecting the deviation; and a substitution means 53 which substitutes the actual value for the desired value at least in the initial computation of an integral term, when the non-feedback control mode is shifted to the feedback control mode. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィードバック制御装置に係り、特に、内燃機関の各制御対象を目標値に制御するためのフィードバック制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関における様々な制御対象（ＥＧＲ率、過給圧力、燃料噴射量等）を目標値に制御するためにフィードバック制御が行われている。
【０００３】
フィードバック制御とは、制御対象の実際値と目標値との偏差に基づいて、制御対象に影響を与える制御装置（吸気絞り弁、ＥＧＲ弁、可変ターボ装置の可変ノズルベーン、燃料噴射弁等）の制御量を調節して、制御対象の実際値を目標値に一致させるものである。
【０００４】
一般的なフィードバック制御としては、上記偏差から演算される比例項（Ｐ項）、積分項（Ｉ項）及び微分項（Ｄ項）に基づいて制御装置の制御量を調節するＰＩＤ制御が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２６３０８１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＰＩＤ制御における一つの問題点は、実際値と目標値とが比較的大きく離れているときに、積分項に起因するオーバーシュート或いはアンダーシュートが発生することである。
【０００７】
これを図５を用いて説明する。
【０００８】
図は、時点ｔ１において目標値が急激に上昇し、実際値が目標値よりも大きく下回った場合を示している。
【０００９】
図から分かるように、フィードバック制御により実際値が目標値に近づく間、実際値と目標値との偏差に基づいて積分項が演算され、その積分項は実際値と目標値とが一致する時点ｔ２まで足し込まれる（積算される）。つまり、積分項だけを見れば、時点ｔ２において実際値が目標値と一致しているにも関わらず、実際値を上昇させようとする制御が実行される。その結果、図に示すように、実際値が目標値を超えて上昇してしまう。これが、オーバーシュートである。実際値が目標値を超えると偏差がマイナスになるため積分項が徐々に減小していくが、結果として、実際値が目標値に収束するまでの時間が長くなってしまう。
【００１０】
他方、実際値が目標値を上回っていた場合には、同様の理由から、実際値が目標値を超えて減小してしまうアンダーシュートが発生する。
【００１１】
なお、制御対象の実際値と目標値との偏差が比較的小さい場合には、実際値が目標値に比較的短期間で一致するため、積分項の過度な足し込み（積算）が行われず、問題となるほどのオーバーシュート又はアンダーシュートは発生しない。
【００１２】
そこで、実際値と目標値との偏差が所定値よりも大きいときには、積分項に基づく制御を実行しないようにした制御装置が提案されている（特許文献１参照）。この装置では、実際値と目標値との偏差が所定値よりも大きい場合、比例項及び／又は微分項のみに基づくフィードバック制御を行うため、上述したようなオーバーシュート又はアンダーシュートは発生しない。
【００１３】
しかしながら、この場合、積分項の使用・不使用を切り換える偏差の設定が非常に困難であった。つまり、偏差がどの程度大きくなるとオーバーシュート又はアンダーシュートが発生するのかをワンポイントで判断・設定するのは非常に困難である。
【００１４】
また、偏差が大きいときには積分項によるフィードバック制御を実行しないため、外乱等が生じたときに実際値を目標値に収束させるまでの時間が長くなってしまうおそれがある。また、積分項に基づく制御を実行しないことによって、定常偏差が発生するおそれもある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、オーバーシュート又はアンダーシュートを防止でき、かつ高精度な制御を実行できるフィードバック制御装置を提供することにある。
【００１６】
【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は、制御対象の実際値を目標値に一致させるべく制御対象に影響を及ぼす制御装置の制御量を調節するものであって、上記実際値と目標値との偏差に基づいて積分項を演算する積分項演算手段を備えると共に、制御モードとして、少なくとも上記積分項演算手段により演算した積分項を用いて上記制御装置の制御量を調節するフィードバック制御モードと、上記偏差を加味せずに上記制御装置の制御量を調節する非フィードバック制御モードとを備えたフィードバック制御装置において、上記非フィードバック制御モードから上記フィードバック制御モードに移行したときに、少なくとも初回の積分項演算における上記目標値を、上記実際値に置き換える置換手段を備えたものである。
【００１７】
ここで、上記目標値に対して一次遅れフィルタをかけてフィルタ後目標値とするフィルタ手段を備え、上記積分項演算手段は、上記非フィードバック制御モードから上記フィードバック制御モードに移行したときに、上記実際値と上記フィルタ後目標値との偏差に基づいて上記積分項を演算するようにしても良い。
【００１８】
また、上記偏差を加味せずに上記制御装置の基本制御量を演算する基本制御量演算手段と、上記偏差に基づいて比例項を演算する比例項演算手段とを備え、上記フィードバック制御モードを行うときには、上記基本制御量、上記比例項及び上記積分項に基づいて上記制御対象の制御量を調節するようにしても良い。
【００１９】
また、上記制御対象が、内燃機関のＥＧＲ装置によるＥＧＲ率又はＥＧＲ率を間接的に表す物理量であり、ＥＧＲ率、又はＥＧＲ率を間接的に表す物理量の目標値が上記内燃機関の運転状態等に基づいて決定されるようにしても良い。
【００２０】
また、ＥＧＲ率又はＥＧＲ率を間接的に表す物理量の実際値が、少なくとも内燃機関の吸入空気量の実際値に基づいて決定され、上記ＥＧＲ率又はＥＧＲ率を間接的に表す物理量に影響を及ぼす制御装置が内燃機関の吸気通路に設けられた吸気絞り弁であっても良い。
【００２１】
また、上記内燃機関は、その排気通路に排気ブレーキ制御弁を有しており、その排気ブレーキ制御弁の作動中は上記非フィードバック制御モードを実行し、上記排気ブレーキ制御弁の非作動中は上記フィードバック制御モードを実行するようにしても良い。
【００２２】
また、上記制御対象が、可変ターボ装置を備えた内燃機関の過給圧力であり、上記過給圧力の実際値は上記内燃機関の吸気通路に設けられた過給圧力検出手段により検出され、上記過給圧力の目標値は上記内燃機関の運転状態等に基づいて決定され、上記制御対象に影響を及ぼす制御装置は、上記可変ターボ装置の排気タービンの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路に設けられた排気バイパス弁及び／又は上記排気タービン入口の流速を制御する可変ノズルベーンであっても良い。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２４】
本実施形態のフィードバック制御装置は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、ＥＧＲ率の実際値を目標値に制御するものである。
【００２５】
まず、図１を用いて本実施形態のフィードバック制御装置を備えた内燃機関の概略構成を説明する。
【００２６】
図中１がエンジン本体であり、エンジン本体１の各気筒の燃焼室に吸気通路２及び排気通路３が接続される。また、各気筒の燃焼室に臨んでインジェクタ（燃料噴射弁）４が設けられる。インジェクタ４は図示しないコモンレールに接続され、そのコモンレールに貯留された高圧燃料がインジェクタ４に常時供給される。
【００２７】
本実施形態の内燃機関は、排気通路３を流れる排気ガスの一部を吸気通路２に還流してＮＯｘの低減を図るＥＧＲ装置５を具備している。ＥＧＲ装置５は、吸気通路２と排気通路３とを結ぶＥＧＲ管６と、ＥＧＲ管６に設けられ、ＥＧＲ管６内の排気ガスの流量を制御してＥＧＲ率を調節するＥＧＲ弁７と、ＥＧＲ弁７の上流側でＥＧＲ管６内を流れる排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラ８とを備える。
【００２８】
吸気通路２における、ＥＧＲ管６との接続部の上流側には、吸気通路２内の吸気を適宜絞るための吸気絞り弁９が設けられる。この吸気絞り弁９により吸気を絞ることによって、ＥＧＲ管６により連結された吸気通路２と排気通路３との圧力差を調節でき、それによってＥＧＲ率を調節することができる。
【００２９】
吸気通路２及び排気通路３には、可変ターボ装置１０が設けられる。即ち、排気通路３におけるＥＧＲ管６との接続部の下流側に排気タービン１１が設けられ、吸気通路２におけるＥＧＲ管６との接続部の上流側にコンプレッサ１２が設けられる。これら排気タービン１１とコンプレッサ１２とは回転軸で互いに連結される。可変ターボ装置１０は、排気通路３における排気タービン１１の上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路１３と、バイパス通路１３に設けられた排気バイパス弁１４とを備えている。排気バイパス弁１４によりバイパス通路１３を流れる排気ガスの流量を調節することにより、排気タービン１１に流れる排気ガスの流量を調節でき、コンプレッサ１２による吸気の過給圧力を調節できる。
【００３０】
吸気通路２におけるコンプレッサ１２と吸気絞り弁９との間には、コンプレッサ１２により加圧された吸気を冷却するインタークーラ１５が設けられる。
【００３１】
排気通路３におけるタービン１１の下流側には、排気通路３内を流れる排気ガスを絞って制動力を発生させる排気ブレーキ制御弁１６が設けられ、排気ブレーキ制御弁１６の下流側には、排気ガスを浄化するための後処理装置１７が設けられる。
【００３２】
内燃機関を包括的に電子制御するための電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）２０が設けられる。ＥＣＵ２０は、インジェクタ４、ＥＧＲ弁７、吸気絞り弁９、排気バイパス弁１４及び排気ブレーキ制御弁１６などの装置に信号を出力して、各装置の制御量（燃料噴射量、弁開度等）を調節する。また、内燃機関の各部位には、内燃機関の状態を検出するための検出手段が多数設けられ、それら検出手段の検出値がＥＣＵ２０に入力される。
【００３３】
検出手段としては、エンジンの回転速度を検出する回転速度センサ２１、吸気絞り弁９よりも下流側の吸気圧力（過給圧力）及び吸入空気量を検出する吸気センサ２２、アクセル開度（エンジン負荷）を検出するアクセル開度センサ２３等がある。ＥＣＵ２０はこれら各センサの検出値に基づいて、上記各装置を制御する。
【００３４】
さて、上述したように、本実施形態のフィードバック制御装置はこのような内燃機関におけるＥＧＲ率を適切に制御するものであり、以下、フィードバック制御装置及びその制御方法について説明する。
【００３５】
本実施形態のフィードバック制御装置はＥＣＵ２０からなり、吸気絞り弁９の弁開度を調節してＥＧＲ率を制御する。より具体的には、吸入空気量を制御してＥＧＲ率を間接的に制御する。
【００３６】
フィードバック制御装置２０は、制御モードとして、吸気絞り弁９よりも下流側の吸入空気量の実際値と目標値との偏差に基づいて吸気絞り弁９を制御するフィードバック制御モードと、上記偏差を加味せずに吸気絞り弁９を制御する非フィードバック制御モードとを備える。
【００３７】
フィードバック制御装置２０は、非フィードバック制御モードを行うときには、吸気絞り弁９の制御量（弁開度）を一定にする固定制御を行う。非フィードバック制御モードは、排気ブレーキ制御弁１６の作動時、つまり、排気ブレーキ制御弁１６が閉じられているときや、後処理装置１７による浄化能力を確保するために排気温度上昇制御が実行されているときなどに行われる。理由を説明すると、排気ブレーキ制御弁１６の作動時に吸気絞り弁９を開閉してＥＧＲ率を変化させると、排気ブレーキ制御弁１６へと流れる排気ガスの流量が変化して排気ブレーキ制御弁１６による制動力が変わってしまうからである。また、排気温度の上昇制御は、吸気絞り弁９により吸気を絞ることにより行われるため、フィードバック制御を行った場合、排気温度上昇制御と干渉してしまうからである。このように、吸気絞り弁９の弁開度に影響を受ける他の制御が実行されるときには、フィードバック制御装置２０は非フィードバック制御モードを実行する。なお、上述した「吸気絞り弁９の弁開度に影響を受ける他の制御」としては、ＰＴＯ（パワーテイクオフ）制御時や、アイドルストップ制御時、急減速時など、様々なケースが設定されうる。
【００３８】
そして、フィードバック制御装置２０は、吸気絞り弁９の弁開度に影響を受ける他の制御が実行されないときには、フィードバック制御モードを実行する。
【００３９】
フィードバック制御装置２０は、フィードバック制御モードを行うときには、回転速度センサ２１により検出されたエンジン回転速度、アクセル開度センサ２３により検出されたアクセル開度等の内燃機関の運転状態を表すパラメータに基づいて吸入空気量の目標値を演算・決定すると共に、吸気センサ２２の検出値から吸入空気量の実際値を決定する。そして、それら吸入空気量の実際値と目標値との偏差から、比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を演算する。また、吸入空気量の目標値から吸気絞り弁９の基本制御量を演算・決定する。基本制御量は、実際値と目標値との偏差を加味せずに決定されるものであり、フィードフォワード制御において決定される制御量と同様のものである。そして、フィードバック制御装置２０は、基本制御量、比例項及び積分項に基づいて吸気絞り弁９の弁開度を制御する。従って、フィードバック制御装置２０は、吸入空気量の実際値と目標値との偏差に基づいて比例項を演算する比例項演算手段と、上記偏差に基づいて積分項を演算する積分項演算手段と、上記基本制御量を演算する基本制御量演算手段とを有している。
【００４０】
なお、上記偏差に基づいて微分項（Ｄ項）を演算する微分項演算手段を更に設け、上記基本制御量、比例項及び積分項に加えて微分項にも基づいて吸気絞り弁９を制御するようにしても良い。
【００４１】
このように本実施形態では、制御対象が、ＥＧＲ率を間接的に表す間接的制御対象としての吸入空気量であり、その吸入空気量に影響を及ぼす制御装置が吸気絞り弁９である。
【００４２】
さて、本実施形態のフィードバック制御装置２０は、吸入空気量の実際値と目標値とが比較的大きく離れているときに、オーバーシュート或いはアンダーシュートの発生を防止し、かつ高精度な制御を確保できるように工夫がなされている。
【００４３】
特に、制御モードが非フィードバック制御モードからフィードバック制御モードに移行したときに、実際値と目標値とが大きく離れていることが多いので、本実施形態では、制御モードが移行したときに、オーバーシュート或いはアンダーシュートの発生を防止するための特別な制御を実行する。
【００４４】
この制御の特徴を説明すると、一点目は、制御モードが移行したときに、少なくとも初回の積分項演算における目標値を実際値に置き換えることである。従って、少なくとも初回の積分項演算において偏差がゼロとなり、積分項の値がゼロとなる。これによって、積分項の急激な上昇を防止できる。このように、フィードバック制御装置２０は、積分項演算における目標値を実際値に置き換える置換手段を備える。
【００４５】
二点目は、制御モードが移行したときに、内燃機関の運転状態に基づいて決定した目標値に対して一次遅れフィルタをかけ、そのフィルタ後の目標値と実際値との偏差に基づいて積分項を演算することである。これによって、積分項の演算に使用されるフィルタ後目標値は、フィルタ前の目標値を抑制した値となり、積分項の演算における偏差が小さくなる。従って、積分項の過積算が防止され、オーバーシュート或いはアンダーシュートを防止できる。このように、フィードバック制御装置２０は、目標値に対して一次遅れフィルタをかけるフィルタ手段（ラグフィルタ）を備える。
【００４６】
この制御では、積分項に基づく制御を完全に禁止するものではないので、外乱等が生じても高い収束性を確保できる。また、定常偏差が生じることもない。
【００４７】
なお、上述した目標値の実際値への置き換え、および目標値に対する一次遅れフィルタ処理は、積分項の演算においてのみ行われるものであり、比例項の演算については通常の目標値が使用される。
【００４８】
図２を用いて、本実施形態のフィードバック制御装置２０の積分項演算手段及び積分項演算方法を説明する。
【００４９】
図中左上に示されるのが、ＥＧＲ制御モード判定手段３０である。ＥＧＲ制御モード判定手段３０は、ＥＧＲ率の制御モードが上述した非フィードバック制御モードであるかフィードバック制御モードであるかを判定する。そして、その判定結果をフィードバック信号出力手段３１に出力する。
【００５０】
フィードバック信号出力手段３１は、ＥＧＲ制御モード判定手段３０から入力された信号が非フィードバック制御モード（ＮｏＦ／Ｂ）である場合はＮＯを、フィードバック制御モード（Ｆ／Ｂ）である場合はＹＥＳを、スイッチ３２に出力する。従って、ＥＧＲ率の制御モードが非フィードバック制御モード（ＮｏＦ／Ｂ）であるときには、スイッチ３２がＮＯに切り換えられ、積分項４２としてゼロが出力される。
【００５１】
図中３３で示されるものは、積分項の演算に用いる目標値を決定するための目標値決定手段であり、目標値決定手段３３には、内燃機関の運転状態に基づいて決定した目標値３４（目標値決定手段３３により補正される可能性のある値であり、ここでは初期目標値ともいう）と、吸気センサ９の検出値により決定された実際値３５とが入力される。また、回転速度センサ２１により検出されたエンジン回転速度３６と、インジェクタ４による燃料噴射量３７とが係数決定手段３８に入力され、それらエンジン回転速度３６と燃料噴射量３７とに基づいて係数決定手段３８により係数Ｋが決定される。決定された係数Ｋは目標値決定手段３３に入力される。目標値決定手段３３及び係数Ｋについては後ほど説明する。
【００５２】
次に、目標値決定手段３３により決定された目標値から実際値３５が減算されて偏差Ｅが算出される。
【００５３】
偏差Ｅはゲイン決定手段３９に入力され、ゲイン決定手段３９により積分項用ゲインＧが決定される。また、エンジン回転速度３６と燃料噴射量３７とが積分項用係数決定手段４０に入力され、積分項用係数決定手段４０により係数Ｃが決定される。
【００５４】
そして、偏差ＥにゲインＧ及び係数Ｃがそれぞれ乗算されて積分項の今回値ＮＶが算出される。その今回値ＮＶに積分項の前回値ＯＶが加算される。
【００５５】
ＥＧＲ率の制御モードがフィードバック制御モード（Ｆ／Ｂ）であるときには、フィードバック信号出力手段３１からＹＥＳが出力され、スイッチ３２がＹＥＳに切り換えられる。従って、上述した今回値ＮＶと前回値ＯＶとを加算した値が積分項４２として出力される。
【００５６】
次に、図３を用いて目標値決定手段３３を説明する。
【００５７】
図中左上に示されるのは、ＥＧＲ制御モード判定手段５０である。ＥＧＲ制御モード判定手段５０は、ＥＧＲ率の制御モードが非フィードバック制御モードであるかフィードバック制御モードであるかを判定する。そして、その判定結果をフィードバック信号出力手段５１に出力する。
【００５８】
フィードバック信号出力手段５１は、ＥＧＲ制御モード判定手段５０から入力された信号が非フィードバック制御モード（ＮｏＦ／Ｂ）である場合はＴＲＵＥを、フィードバック制御モード（Ｆ／Ｂ）である場合はＦＡＬＳＥを出力する。フィードバック信号出力手段５１から出力された信号は切換判定手段５３及び選択手段５４を経由してスイッチ５２に入力される。
【００５９】
制御モードが非フィードバック制御モード（ＮｏＦ／Ｂ）であるときには、スイッチ５２がＴＲＵＥ側に切り換えられ、積分項演算用の目標値Ｔ（ｉ）として実際値Ａ（ｉ）が出力される。この結果、図２で算出される吸入空気量の目標値と実際値との偏差Ｅはゼロとなる。
【００６０】
図３中５７で示されるものは、フィルタ手段（ラグフィルタ）であり、フィルタ手段５７には、図２の係数決定手段３８で決定された係数Ｋと、内燃機関の運転状態に基づいて決定された初期目標値Ｃ（ｉ）（図２の目標値３４と同じ）と、積分項演算用目標値の前回値Ｔ（ｉ−１）が入力される。フィルタ手段５７によって、初期目標値Ｃ（ｉ）に対して一次遅れ要素によるなまし制御が実行され、フィルタ後目標値ｔ（ｉ）が算出される。
【００６１】
フィルタ手段５７は一般的な一次遅れ伝達関数であり、次式▲１▼で表すことができる。
【００６２】
Ｇｉ（ｓ）＝Ｋ１／（１＋Ｔｓ）・・・▲１▼
ただし、Ｔは時定数、Ｋ１は定数である。
【００６３】
この式▲１▼をコンピュータで制御し易いデジタル系に置換するために離散関数に変換すると次式▲２▼となる。
【００６４】
ｔ（ｉ）＝Ｃ（ｉ）−Ｋ｛Ｃ（ｉ）−Ｔ（ｉ−１）｝・・・▲２▼
ただし、ｔ（ｉ）がフィルタ後目標値であり、Ｃ（ｉ）が今回の初期目標値であり、Ｋが係数であり、Ｔ（ｉ−１）が前回の積分項演算用目標値である。
【００６５】
従って、フィルタ後目標値ｔ（ｉ）は、初期目標値Ｃ（ｉ）と、図２の係数決定手段３８により決定された係数Ｋと、前回の積分項演算用目標値Ｔ（ｉ−１）とから決定される。係数Ｋは、一次遅れ要素の遅れ度合いを定めるラグ係数であり、図２で説明したように、エンジン回転速度３６と燃料噴射量３７とに基づいて決定される。
【００６６】
ＥＧＲ率の制御モードが非フィードバック制御モードからフィードバック制御モードに切り換わると、フィードバック信号出力手段５１からＦＡＬＳＥが出力される。出力されたＦＡＬＳＥは切換判定手段５３及び選択手段５４に入力されるのであるが、切換判定手段５３はＴＲＵＥからＦＡＬＳＥに切り換わった初回のみ、ＴＲＵＥを出力する。従って、選択手段５４にはＴＲＵＥとＦＡＬＳＥとが入力される。選択手段５４は、ＴＲＵＥとＦＡＬＳＥとが入力された場合、ＴＲＵＥを優先的に選択して出力する。従って、非フィードバック制御モードからフィードバック制御モードに切り換わった初回は、スイッチ５２がＴＲＵＥに維持される。つまり、ＥＧＲ率の制御モードが切り換わった初回は、実際値Ａ（ｉ）が積分項演算用目標値Ｔ（ｉ）として出力される。これによって、初回の積分項演算における実際値と積分項演算用目標値との偏差Ｅがゼロとなり、積分項がゼロとなる。このように、本実施形態では、切換判定手段５３、スイッチ５２等が、積分項演算における目標値を実際値と置き換えるための置換手段としての機能を有している。
【００６７】
そして、次回以降の演算では、切換判定手段５３はＦＡＬＳＥを出力する。つまり、選択手段５４にＦＡＬＳＥのみが入力され、スイッチ５２がＦＡＬＳＥに切り換えられる。すると、フィルタ後目標値ｔ（ｉ）が積分項演算用の目標値Ｔ（ｉ）として出力される。フィードバック制御装置２０は、この目標値Ｔ（ｉ）（＝フィルタ後目標値ｔ（ｉ））と実際値との偏差Ｅに基づいて積分項を演算する。
【００６８】
このように、本実施形態のフィードバック制御装置２０によれば、制御モードが非フィードバック制御モードからフィードバック制御モードに移行したときに、少なくとも初回の積分項がゼロとなるため、積分項の急激な立ち上がりが防止される。また、基本制御量と比例項とに基づく初回の制御によって、実際値が目標値に多少なりとも近づくため、次回以降の制御において積分項が極端に大きくなることを防止できる。なお、積分項の演算に用いる目標値の実際値への置き換えは、制御モードが切り換わった後、複数回実行するようにしても良い。
【００６９】
更に、本実施形態のフィードバック制御装置２０では、内燃機関の運転状態に基づいて決定した初期目標値Ｃ（ｉ）に対してなまし制御を実行するため、積分項演算用目標値Ｔ（ｉ）が急激に変化することがない。従って、積分項の演算に用いる偏差Ｅが過度に大きくなることを防止でき、積分項の過積算、即ち、オーバーシュート或いはアンダーシュートを防止できる。
【００７０】
図４を用いて、本実施形態のフィードバック制御装置２０による吸入空気量の実際値及び積分項演算用目標値の変化を説明する。
【００７１】
図は、時点ｔ１においてＥＧＲ率の制御モードが非フィードバック制御モードからフィードバック制御モードに切り替わった場合を示しており、時点ｔ１では実際値が目標値（初期目標値）を大きく下回っている。
【００７２】
上述したように、非フィードバック制御モードからフィードバック制御モードに移行したときは、初回の積分項演算用目標値が実際値に置き換えられるため、実際値と目標値との偏差がゼロとなり、積分項はゼロとなる。
【００７３】
そして、次回以降の積分項演算においては、初期目標値に対して一次遅れフィルタ処理を実行した値が積分項演算用目標値として決定されるため、積分項演算用目標値は、図４（ｂ）に示すように、時点ｔ１から緩やかに上昇する。このとき、図４（ａ）に示すように、実際値も基本制御量及び比例項に基づく制御によって時点ｔ１から徐々に上昇していく。この結果、実際値と目標値との偏差が小さくなり、その偏差に基づいて演算される積分項も小さな値となる。図例では、実際値と積分項演算用目標値とがほぼ同じ曲率で上昇しているため、偏差は常にほぼゼロとなり、積分項もほぼゼロとなる。従って、積分項が過度に足し込まれることはなく、図からも明らかなようにオーバーシュートは発生しない。
【００７４】
なお、時点ｔ１において実際値が初期目標値を大きく上回っている場合でも、同様の理由から、アンダーシュートは発生しない。
【００７５】
ここで、外乱等により実際値と積分項演算用目標値とが離れた場合、その偏差に応じて積分項が演算されるため、高精度な制御を実行できる。また、積分項に基づく制御を完全に禁止しているわけではないので、定常偏差が生じることもない。
【００７６】
このように、本実施形態のフィードバック制御装置２０によれば、積分項の過積算によるオーバーシュート或いはアンダーシュートを防止できると共に高精度な制御を確保できる。
【００７７】
本発明は様々な変形例が考えられるものである。
【００７８】
例えば、上記実施形態では、ＥＧＲ率を間接的に表す吸入空気量を制御するとして説明したが、吸入空気量の実際値と内燃機関の運転状態等から、ＥＧＲ率の目標値と実際値とを直接決定し、ＥＧＲ率を直接制御するようにしても良い。また、ＥＧＲ弁７の弁開度を制御してＥＧＲ率を制御しても良い。
【００７９】
また、制御対象についてもＥＧＲ率に限定はされず、様々な制御対象の制御に適用できる。
【００８０】
例えば、図１に示した内燃機関において、可変ターボ装置１０による過給圧力、つまり、吸気通路２内の吸気圧力を制御しても良い。
【００８１】
その場合、制御対象に影響を及ぼす制御装置として、排気タービン１１の上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路１３に設けられた排気バイパス弁１４や、排気タービン１１の入口の流速を制御する可変ノズルベーン（図示せず）等を制御しても良い。あるいは、可変翼を備えた可変ターボ装置を備えた内燃機関であれば、可変翼の角度を調節する手段を制御装置としても良い。またこの場合、吸気圧力の実際値を吸気通路２に設けられた吸気センサ（過給圧力検出手段）の検出値に基づいて決定し、目標値を内燃機関の運転状態等に基づいて決定するようにしても良い。
【００８２】
また、非フィードバック制御モードは上述した固定制御に限定はされず、オープンループ制御（フィードフォワード制御を含む）であっても良い。
【００８３】
更に、上述した目標値の実際値への切り換え、及び目標値のなまし制御は、制御モードが移行したときのみに限らず、フィードバック制御モード中に目標値が急激に変化した場合にも実行するようにしても良い。つまり、実際値と目標値との偏差が所定値よりも大きくなったときに、その後、少なくとも初回の積分項演算に用いる目標値を実際値に置き換えると共に、次回以降の積分項演算において目標値に一次遅れフィルタをかけて、そのフィルタ後目標値と実際値との偏差に基づいて積分項を演算するようにすれば良い。
【００８４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、オーバーシュート又はアンダーシュートを防止でき、かつ高精度な制御を実行できるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るフィードバック制御装置を備えた内燃機関の概略図である。
【図２】積分項演算手段の概略図である。
【図３】目標値決定手段の概略図である。
【図４】（ａ）本発明の一実施形態における実際値の変化を示す図である。
（ｂ）本発明の一実施形態における積分項演算用目標値の変化を示す図である。
【図５】積分項の過積算によるオーバーシュートを説明する図である。
【符号の説明】
５ＥＧＲ装置
９吸気絞り弁
１０可変ターボ装置
１４排気バイパス弁
１６排気ブレーキ制御弁
２０フィードバック制御装置（ＥＣＵ）
２２吸気センサ（過給圧力検出手段）
５３切換判定手段（置換手段）
５７フィルタ手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a feedback control device, and more particularly to a feedback control device for controlling each control target of an internal combustion engine to a target value.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, feedback control has been performed in order to control various control objects (EGR rate, supercharging pressure, fuel injection amount, etc.) in an internal combustion engine to target values.
[0003]
Feedback control is control of a control device (such as an intake throttle valve, an EGR valve, a variable nozzle vane of a variable turbo device, or a fuel injection valve) that affects the control target based on a deviation between an actual value and a target value of the control target. The amount is adjusted so that the actual value of the controlled object matches the target value.
[0004]
As general feedback control, PID control is known in which a control amount of a control device is adjusted based on a proportional term (P term), an integral term (I term) and a differential term (D term) calculated from the deviation. ing.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-263081 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, one problem in PID control is that overshoot or undershoot caused by the integral term occurs when the actual value and the target value are relatively far apart.
[0007]
This will be described with reference to FIG.
[0008]
The figure shows a case where the target value suddenly rises at time t1 and the actual value is much lower than the target value.
[0009]
As can be seen from the figure, while the actual value approaches the target value by feedback control, an integral term is calculated based on the deviation between the actual value and the target value, and the integral term is the time t2 when the actual value and the target value match. Is added (accumulated). That is, if only the integral term is viewed, control is performed to increase the actual value even though the actual value matches the target value at time t2. As a result, as shown in the figure, the actual value increases beyond the target value. This is an overshoot. When the actual value exceeds the target value, the deviation becomes negative and the integral term gradually decreases. As a result, the time until the actual value converges to the target value becomes long.
[0010]
On the other hand, when the actual value exceeds the target value, for the same reason, an undershoot occurs in which the actual value decreases beyond the target value.
[0011]
In addition, when the deviation between the actual value of the controlled object and the target value is relatively small, since the actual value matches the target value in a relatively short period of time, the integral term is not excessively added (integrated), There is no overshoot or undershoot that would cause problems.
[0012]
Therefore, a control device has been proposed in which control based on an integral term is not executed when the deviation between the actual value and the target value is greater than a predetermined value (see Patent Document 1). In this apparatus, when the deviation between the actual value and the target value is larger than the predetermined value, the feedback control based on only the proportional term and / or the differential term is performed, so that the above-described overshoot or undershoot does not occur.
[0013]
However, in this case, it is very difficult to set a deviation for switching between use and non-use of the integral term. In other words, it is very difficult to determine and set at a single point how much the deviation increases and overshoot or undershoot occurs.
[0014]
Further, since feedback control using an integral term is not executed when the deviation is large, there is a possibility that the time until the actual value converges to the target value when a disturbance or the like occurs may be increased. In addition, a steady deviation may occur due to not executing the control based on the integral term.
[0015]
Therefore, an object of the present invention is to provide a feedback control device that can solve the above-described problems, prevent overshoot or undershoot, and perform highly accurate control.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention adjusts the control amount of the control device that affects the control target so that the actual value of the control target matches the target value. A feedback control mode for adjusting the control amount of the control device using at least the integral term computed by the integral term computing means, as well as an integral term computing means for computing an integral term based on the deviation; In a feedback control device having a non-feedback control mode for adjusting a control amount of the control device without taking a deviation into account, at least the first integral term calculation is performed when the non-feedback control mode is shifted to the feedback control mode. And a replacement means for replacing the target value with the actual value.
[0017]
Here, it comprises a filter means for applying a first-order lag filter to the target value to obtain a post-filter target value, and the integral term calculating means is configured to change the feedback control mode from the non-feedback control mode to the feedback control mode. The integral term may be calculated based on the deviation between the actual value and the filtered target value.
[0018]
In addition, the control system includes basic control amount calculation means for calculating the basic control amount of the control device without taking the deviation into account, and proportional term calculation means for calculating a proportional term based on the deviation, and performs the feedback control mode. In some cases, the control amount to be controlled may be adjusted based on the basic control amount, the proportional term, and the integral term.
[0019]
In addition, the control object is an EGR rate by the EGR device of the internal combustion engine or a physical quantity that indirectly represents the EGR rate, and the target value of the physical quantity that indirectly represents the EGR rate or the EGR rate is the operating state of the internal combustion engine, etc. It may be determined based on the above.
[0020]
Also, the EGR rate or the actual value of the physical quantity that indirectly represents the EGR rate is determined based on at least the actual value of the intake air amount of the internal combustion engine, and affects the EGR rate or the physical quantity that indirectly represents the EGR rate. The control device may be an intake throttle valve provided in the intake passage of the internal combustion engine.
[0021]
Further, the internal combustion engine has an exhaust brake control valve in its exhaust passage, and executes the non-feedback control mode while the exhaust brake control valve is operating, and performs the above-described operation while the exhaust brake control valve is not operating. The feedback control mode may be executed.
[0022]
Further, the control object is a supercharging pressure of an internal combustion engine equipped with a variable turbo device, and an actual value of the supercharging pressure is detected by a supercharging pressure detecting means provided in an intake passage of the internal combustion engine, The target value of the supercharging pressure is determined based on the operating state of the internal combustion engine, etc., and the control device that affects the control target is a bypass passage that bypasses the upstream side and the downstream side of the exhaust turbine of the variable turbo device. It may be a variable nozzle vane for controlling the flow rate of the exhaust bypass valve and / or the exhaust turbine inlet provided in the exhaust turbine.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0024]
The feedback control device of this embodiment controls an actual value of the EGR rate to a target value in an internal combustion engine equipped with an EGR device.
[0025]
First, a schematic configuration of an internal combustion engine provided with the feedback control device of the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0026]
In the figure, reference numeral 1 denotes an engine body, and an intake passage 2 and an exhaust passage 3 are connected to a combustion chamber of each cylinder of the engine body 1. In addition, an injector (fuel injection valve) 4 is provided facing the combustion chamber of each cylinder. The injector 4 is connected to a common rail (not shown), and high-pressure fuel stored in the common rail is constantly supplied to the injector 4.
[0027]
The internal combustion engine of the present embodiment includes an EGR device 5 that reduces a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 3 to the intake passage 2 to reduce NOx. The EGR device 5 includes an EGR pipe 6 that connects the intake passage 2 and the exhaust passage 3, an EGR valve 7 that is provided in the EGR pipe 6 and controls the flow rate of exhaust gas in the EGR pipe 6 to adjust the EGR rate; And an EGR cooler 8 for cooling the exhaust gas (EGR gas) flowing in the EGR pipe 6 on the upstream side of the EGR valve 7.
[0028]
An intake throttle valve 9 for appropriately restricting intake air in the intake passage 2 is provided on the upstream side of the connection portion with the EGR pipe 6 in the intake passage 2. By restricting the intake air by the intake throttle valve 9, the pressure difference between the intake passage 2 and the exhaust passage 3 connected by the EGR pipe 6 can be adjusted, and thereby the EGR rate can be adjusted.
[0029]
A variable turbo device 10 is provided in the intake passage 2 and the exhaust passage 3. That is, the exhaust turbine 11 is provided on the downstream side of the connection portion with the EGR pipe 6 in the exhaust passage 3, and the compressor 12 is provided on the upstream side of the connection portion with the EGR pipe 6 in the intake passage 2. The exhaust turbine 11 and the compressor 12 are connected to each other by a rotating shaft. The variable turbo device 10 includes a bypass passage 13 that bypasses the upstream side and the downstream side of the exhaust turbine 11 in the exhaust passage 3, and an exhaust bypass valve 14 provided in the bypass passage 13. By adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass passage 13 by the exhaust bypass valve 14, the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust turbine 11 can be adjusted, and the supercharging pressure of the intake air by the compressor 12 can be adjusted.
[0030]
An intercooler 15 that cools the intake air pressurized by the compressor 12 is provided between the compressor 12 and the intake throttle valve 9 in the intake passage 2.
[0031]
An exhaust brake control valve 16 that throttles exhaust gas flowing in the exhaust passage 3 to generate a braking force is provided on the downstream side of the turbine 11 in the exhaust passage 3, and an exhaust gas is provided on the downstream side of the exhaust brake control valve 16. A post-processing device 17 for purifying the water is provided.
[0032]
An electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 20 for comprehensively electronically controlling the internal combustion engine is provided. The ECU 20 outputs signals to devices such as the injector 4, the EGR valve 7, the intake throttle valve 9, the exhaust bypass valve 14, and the exhaust brake control valve 16, and the control amounts (fuel injection amount, valve opening degree, etc.) of each device. Adjust. Each part of the internal combustion engine is provided with a large number of detection means for detecting the state of the internal combustion engine, and the detection values of these detection means are input to the ECU 20.
[0033]
The detection means includes a rotation speed sensor 21 for detecting the rotation speed of the engine, an intake pressure (supercharging pressure) downstream of the intake throttle valve 9 and an intake air sensor 22 for detecting the intake air amount, an accelerator opening (engine load). ) For detecting the accelerator position. ECU20 controls each said apparatus based on the detected value of each of these sensors.
[0034]
Now, as described above, the feedback control device of the present embodiment appropriately controls the EGR rate in such an internal combustion engine, and the feedback control device and its control method will be described below.
[0035]
The feedback control apparatus according to the present embodiment includes an ECU 20 and controls the EGR rate by adjusting the valve opening of the intake throttle valve 9. More specifically, the EGR rate is indirectly controlled by controlling the intake air amount.
[0036]
As a control mode, the feedback control device 20 controls the intake throttle valve 9 based on the deviation between the actual value of the intake air amount downstream of the intake throttle valve 9 and the target value, and considers the above deviation. And a non-feedback control mode for controlling the intake throttle valve 9 without.
[0037]
When performing the non-feedback control mode, the feedback control device 20 performs fixed control to keep the control amount (valve opening) of the intake throttle valve 9 constant. The non-feedback control mode is performed when the exhaust brake control valve 16 is operated, that is, when the exhaust brake control valve 16 is closed, or when exhaust gas temperature increase control is executed to ensure the purification ability by the aftertreatment device 17. It is done when you are. Explaining the reason, if the EGR rate is changed by opening and closing the intake throttle valve 9 when the exhaust brake control valve 16 is operated, the flow rate of the exhaust gas flowing to the exhaust brake control valve 16 changes, and the exhaust brake control valve 16 This is because the braking force changes. Further, because the exhaust temperature increase control is performed by restricting the intake air by the intake throttle valve 9, when the feedback control is performed, it interferes with the exhaust temperature increase control. As described above, when another control that is affected by the valve opening degree of the intake throttle valve 9 is executed, the feedback control device 20 executes the non-feedback control mode. The above-mentioned “other control influenced by the opening degree of the intake throttle valve 9” can be set in various cases such as PTO (power take-off) control, idle stop control, and sudden deceleration. .
[0038]
Then, the feedback control device 20 executes the feedback control mode when other control that is affected by the valve opening degree of the intake throttle valve 9 is not executed.
[0039]
When performing the feedback control mode, the feedback control device 20 is based on parameters representing the operating state of the internal combustion engine, such as the engine rotational speed detected by the rotational speed sensor 21 and the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 23. The target value of the intake air amount is calculated and determined, and the actual value of the intake air amount is determined from the detection value of the intake sensor 22. Then, the proportional term (P term) and the integral term (I term) are calculated from the deviation between the actual value of the intake air amount and the target value. Further, the basic control amount of the intake throttle valve 9 is calculated and determined from the target value of the intake air amount. The basic control amount is determined without taking into account the deviation between the actual value and the target value, and is the same as the control amount determined in the feedforward control. The feedback control device 20 controls the valve opening of the intake throttle valve 9 based on the basic control amount, the proportional term, and the integral term. Therefore, the feedback control device 20 includes a proportional term computing unit that computes a proportional term based on the deviation between the actual value of the intake air amount and the target value, an integral term computing unit that computes the integral term based on the deviation, Basic control amount calculation means for calculating the basic control amount.
[0040]
A differential term calculation means for calculating a differential term (D term) based on the deviation is further provided, and the intake throttle valve 9 is controlled based on the differential term in addition to the basic control amount, the proportional term and the integral term. You may do it.
[0041]
Thus, in the present embodiment, the control target is the intake air amount as an indirect control target that indirectly represents the EGR rate, and the control device that affects the intake air amount is the intake throttle valve 9.
[0042]
Now, the feedback control device 20 of the present embodiment prevents overshoot or undershoot when the actual value of the intake air amount and the target value are relatively far apart, and ensures high-precision control. The idea is made so that it can be done.
[0043]
In particular, when the control mode shifts from the non-feedback control mode to the feedback control mode, the actual value and the target value are often greatly separated. Alternatively, special control is performed to prevent the occurrence of undershoot.
[0044]
The characteristics of this control will be described. The first point is that, when the control mode is shifted, at least the target value in the first integral term calculation is replaced with the actual value. Therefore, at least in the first integral term calculation, the deviation becomes zero, and the value of the integral term becomes zero. This can prevent a sudden increase in the integral term. As described above, the feedback control device 20 includes replacement means for replacing the target value in the integral term calculation with the actual value.
[0045]
Second, when the control mode shifts, a first-order lag filter is applied to the target value determined based on the operating state of the internal combustion engine, and integration is performed based on the deviation between the target value after the filter and the actual value. It is to calculate the term. As a result, the post-filter target value used for the calculation of the integral term becomes a value obtained by suppressing the target value before the filter, and the deviation in the calculation of the integral term becomes small. Therefore, overintegration of the integral term is prevented, and overshoot or undershoot can be prevented. As described above, the feedback control device 20 includes filter means (lag filter) that applies a first-order lag filter to the target value.
[0046]
In this control, the control based on the integral term is not completely prohibited, so that high convergence can be ensured even if a disturbance or the like occurs. Moreover, a steady deviation does not occur.
[0047]
The replacement of the target value with the actual value and the first-order lag filtering process for the target value are performed only in the calculation of the integral term, and the normal target value is used for the calculation of the proportional term.
[0048]
The integral term computing means and integral term computing method of the feedback control device 20 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0049]
The EGR control mode determination means 30 is shown at the upper left in the figure. The EGR control mode determination unit 30 determines whether the control mode of the EGR rate is the non-feedback control mode or the feedback control mode described above. Then, the determination result is output to the feedback signal output means 31.
[0050]
The feedback signal output means 31 is NO when the signal input from the EGR control mode determination means 30 is the non-feedback control mode (No F / B), and YES when the signal is the feedback control mode (F / B). , Output to the switch 32. Therefore, when the EGR rate control mode is the non-feedback control mode (NoF / B), the switch 32 is switched to NO and zero is output as the integral term 42.
[0051]
What is indicated by 33 in the figure is a target value determining means for determining a target value used for the calculation of the integral term. The target value determining means 33 includes a target value 34 determined based on the operating state of the internal combustion engine. (A value that may be corrected by the target value determining means 33, which is also referred to as an initial target value here) and an actual value 35 determined by the detected value of the intake sensor 9 are input. Further, the engine speed 36 detected by the speed sensor 21 and the fuel injection amount 37 by the injector 4 are input to the coefficient determining means 38, and the coefficient determining means is based on the engine speed 36 and the fuel injection amount 37. 38 determines the coefficient K. The determined coefficient K is input to the target value determining means 33. The target value determining means 33 and the coefficient K will be described later.
[0052]
Next, the deviation value E is calculated by subtracting the actual value 35 from the target value determined by the target value determining means 33.
[0053]
Deviation E is input to gain determining means 39, and integral term gain G is determined by gain determining means 39. Further, the engine speed 36 and the fuel injection amount 37 are input to the integral term coefficient determining means 40, and the coefficient C is determined by the integral term coefficient determining means 40.
[0054]
Then, the deviation E is multiplied by the gain G and the coefficient C to calculate the current value NV of the integral term. The previous value OV of the integral term is added to the current value NV.
[0055]
When the control mode of the EGR rate is the feedback control mode (F / B), YES is output from the feedback signal output means 31, and the switch 32 is switched to YES. Therefore, a value obtained by adding the current value NV and the previous value OV described above is output as the integral term 42.
[0056]
Next, the target value determining means 33 will be described with reference to FIG.
[0057]
What is shown in the upper left of the figure is the EGR control mode determination means 50. The EGR control mode determination unit 50 determines whether the control mode of the EGR rate is the non-feedback control mode or the feedback control mode. Then, the determination result is output to the feedback signal output means 51.
[0058]
The feedback signal output means 51 outputs TRUE when the signal input from the EGR control mode determination means 50 is in the non-feedback control mode (No F / B), and FALSE when in the feedback control mode (F / B). Output. The signal output from the feedback signal output unit 51 is input to the switch 52 via the switching determination unit 53 and the selection unit 54.
[0059]
When the control mode is the non-feedback control mode (No F / B), the switch 52 is switched to the TRUE side, and the actual value A (i) is output as the target value T (i) for integral term calculation. As a result, the deviation E between the target value and the actual value of the intake air amount calculated in FIG. 2 becomes zero.
[0060]
What is indicated by 57 in FIG. 3 is filter means (lag filter), which is determined based on the coefficient K determined by the coefficient determination means 38 of FIG. 2 and the operating state of the internal combustion engine. The initial target value C (i) (same as the target value 34 in FIG. 2) and the previous value T (i−1) of the integral term calculation target value are input. The filter means 57 executes the smoothing control by the first-order lag element with respect to the initial target value C (i), and calculates the filtered target value t (i).
[0061]
The filter means 57 is a general first-order lag transfer function and can be expressed by the following equation (1).
[0062]
Gi (s) = K1 / (1 + Ts) (1)
However, T is a time constant and K1 is a constant.
[0063]
When this equation (1) is converted into a discrete function in order to replace it with a digital system that can be easily controlled by a computer, the following equation (2) is obtained.
[0064]
t (i) = C (i) -K {C (i) -T (i-1)} (2)
However, t (i) is the post-filter target value, C (i) is the current initial target value, K is a coefficient, and T (i−1) is the previous integral term calculation target value. .
[0065]
Therefore, the filtered target value t (i) is the initial target value C (i), the coefficient K determined by the coefficient determining means 38 in FIG. 2, and the previous integral term calculation target value T (i−1). And determined from The coefficient K is a lag coefficient that determines the degree of delay of the first-order lag element, and is determined based on the engine speed 36 and the fuel injection amount 37 as described with reference to FIG.
[0066]
When the EGR rate control mode is switched from the non-feedback control mode to the feedback control mode, the feedback signal output means 51 outputs FALSE. The outputted FALSE is input to the switching determination means 53 and the selection means 54. The switching determination means 53 outputs TRUE only for the first time when switching from TRUE to FALSE. Therefore, TRUE and FALSE are input to the selection means 54. When TRUE and FALSE are input, the selection unit 54 selects and outputs TRUE preferentially. Therefore, the switch 52 is maintained in TRUE for the first time when the non-feedback control mode is switched to the feedback control mode. That is, the actual value A (i) is output as the integral term calculation target value T (i) for the first time when the EGR rate control mode is switched. As a result, the deviation E between the actual value in the first integral term calculation and the target value for integral term calculation becomes zero, and the integral term becomes zero. As described above, in this embodiment, the switching determination unit 53, the switch 52, and the like have a function as a replacement unit for replacing the target value in the integral term calculation with the actual value.
[0067]
And in the calculation after the next time, the switching determination means 53 outputs FALSE. That is, only FALSE is input to the selection means 54, and the switch 52 is switched to FALSE. Then, the filtered target value t (i) is output as a target value T (i) for integral term calculation. The feedback control device 20 calculates an integral term based on the deviation E between the target value T (i) (= filtered target value t (i)) and the actual value.
[0068]
As described above, according to the feedback control device 20 of the present embodiment, when the control mode shifts from the non-feedback control mode to the feedback control mode, at least the initial integral term becomes zero. Is prevented. In addition, since the actual value approaches the target value somewhat by the initial control based on the basic control amount and the proportional term, it is possible to prevent the integral term from becoming extremely large in the subsequent control. The replacement of the target value used for the calculation of the integral term with the actual value may be executed a plurality of times after the control mode is switched.
[0069]
Further, in the feedback control device 20 of the present embodiment, since the smoothing control is executed on the initial target value C (i) determined based on the operating state of the internal combustion engine, the integral term calculation target value T (i). Does not change rapidly. Therefore, it is possible to prevent the deviation E used for the calculation of the integral term from becoming excessively large, and it is possible to prevent over-integration of the integral term, that is, overshoot or undershoot.
[0070]
The change of the actual value of the intake air amount and the target value for integral term calculation by the feedback control device 20 of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0071]
The figure shows a case where the control mode of the EGR rate is switched from the non-feedback control mode to the feedback control mode at time t1, and the actual value is significantly lower than the target value (initial target value) at time t1.
[0072]
As described above, when the non-feedback control mode is shifted to the feedback control mode, the target value for the first integral term calculation is replaced with the actual value, so the deviation between the actual value and the target value becomes zero, and the integral term is It becomes zero.
[0073]
In the subsequent integral term calculation, the value obtained by performing the first-order lag filtering process on the initial target value is determined as the integral term calculation target value. As shown in (), it rises gradually from time t1. At this time, as shown in FIG. 4A, the actual value gradually increases from time t1 by the control based on the basic control amount and the proportional term. As a result, the deviation between the actual value and the target value becomes small, and the integral term calculated based on the deviation becomes a small value. In the example shown in the figure, the actual value and the target value for calculating the integral term increase with substantially the same curvature, so that the deviation is always almost zero and the integral term is also almost zero. Therefore, the integral term is not excessively added, and no overshoot occurs as is apparent from the figure.
[0074]
Even when the actual value greatly exceeds the initial target value at the time point t1, undershoot does not occur for the same reason.
[0075]
Here, when the actual value and the target value for calculating the integral term are separated due to a disturbance or the like, the integral term is calculated according to the deviation, so that highly accurate control can be executed. In addition, since the control based on the integral term is not completely prohibited, a steady deviation does not occur.
[0076]
Thus, according to the feedback control device 20 of the present embodiment, overshoot or undershoot due to overintegration of the integral term can be prevented and high-precision control can be ensured.
[0077]
Various modifications can be considered for the present invention.
[0078]
For example, in the embodiment described above, the intake air amount that indirectly represents the EGR rate is controlled. However, the target value and actual value of the EGR rate are calculated based on the actual value of the intake air amount and the operating state of the internal combustion engine. It may be determined directly and the EGR rate may be directly controlled. Further, the EGR rate may be controlled by controlling the valve opening degree of the EGR valve 7.
[0079]
Further, the control target is not limited to the EGR rate, and can be applied to control various control targets.
[0080]
For example, in the internal combustion engine shown in FIG. 1, the supercharging pressure by the variable turbo device 10, that is, the intake pressure in the intake passage 2 may be controlled.
[0081]
In this case, as a control device that affects the control target, the exhaust bypass valve 14 provided in the bypass passage 13 that bypasses the upstream side and the downstream side of the exhaust turbine 11 and the variable that controls the flow velocity at the inlet of the exhaust turbine 11 are controlled. A nozzle vane (not shown) or the like may be controlled. Alternatively, in the case of an internal combustion engine including a variable turbo device including variable blades, means for adjusting the angle of the variable blades may be used as the control device. In this case, the actual value of the intake pressure is determined based on the detected value of the intake sensor (supercharging pressure detecting means) provided in the intake passage 2, and the target value is determined based on the operating state of the internal combustion engine. Anyway.
[0082]
Further, the non-feedback control mode is not limited to the above-described fixed control, and may be open loop control (including feed forward control).
[0083]
Further, the switching of the target value to the actual value and the smoothing control of the target value described above are executed not only when the control mode is shifted, but also when the target value changes suddenly during the feedback control mode. You may do it. In other words, when the deviation between the actual value and the target value becomes larger than the predetermined value, at least the target value used for the first integral term calculation is replaced with the actual value, and the target value is set in the next integral term calculation. A first-order lag filter may be applied to calculate the integral term based on the deviation between the filtered target value and the actual value.
[0084]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, it is possible to prevent an overshoot or undershoot and to exhibit an excellent effect that a highly accurate control can be executed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine provided with a feedback control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of an integral term calculation means.
FIG. 3 is a schematic diagram of target value determining means.
FIG. 4A is a diagram showing changes in actual values in an embodiment of the present invention.
(B) It is a figure which shows the change of the target value for integral term calculation in one Embodiment of this invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining overshoot due to over-integration of an integral term.
[Explanation of symbols]
5 EGR equipment
9 Intake throttle valve
10 Variable turbo equipment
14 Exhaust bypass valve
16 Exhaust brake control valve
20 Feedback control unit (ECU)
22 Intake sensor (supercharging pressure detection means)
53 Switching determination means (replacement means)
57 Filter means

Claims

An integral term that adjusts the control amount of the control device that affects the controlled object so that the actual value of the controlled object matches the target value, and calculates an integral term based on the deviation between the actual value and the target value. A feedback control mode for adjusting a control amount of the control device using at least an integral term computed by the integral term computation means, and control of the control device without taking the deviation into account; In a feedback control device with a non-feedback control mode for adjusting the amount,
A feedback control device, comprising: replacement means for replacing at least the target value in the first integral term calculation with the actual value when the non-feedback control mode is shifted to the feedback control mode.

Filter means for applying a first-order lag filter to the target value to obtain a target value after filtering,
2. The feedback according to claim 1, wherein the integral term computing means computes the integral term based on a deviation between the actual value and the filtered target value when the non-feedback control mode is shifted to the feedback control mode. Control device.

Basic control amount calculation means for calculating the basic control amount of the control device without taking the deviation into account, and proportional term calculation means for calculating a proportional term based on the deviation,
3. The feedback control device according to claim 1, wherein when performing the feedback control mode, the control amount of the control device is adjusted based on the basic control amount, the proportional term, and the integral term.

The control object is an EGR rate by the EGR device of the internal combustion engine or a physical quantity that indirectly represents the EGR rate, and the target value of the physical quantity that indirectly represents the EGR rate or the EGR rate is the operating state of the internal combustion engine or the like. The feedback control apparatus according to claim 1, wherein the feedback control apparatus is determined based on the feedback control.

A control device that determines the EGR rate or the actual value of the physical quantity that indirectly represents the EGR rate based on at least the actual value of the intake air amount of the internal combustion engine and affects the EGR rate or the physical quantity that indirectly represents the EGR rate The feedback control device according to claim 4, wherein is an intake throttle valve provided in an intake passage of the internal combustion engine.

The internal combustion engine has an exhaust brake control valve in an exhaust passage thereof, executes the non-feedback control mode while the exhaust brake control valve is in operation, and performs the feedback control when the exhaust brake control valve is not in operation. The feedback control apparatus according to claim 4 or 5, wherein the mode is executed.

The control object is a supercharging pressure of an internal combustion engine provided with a variable turbo device, and an actual value of the supercharging pressure is detected by a supercharging pressure detecting means provided in an intake passage of the internal combustion engine, and the supercharging pressure The target value of pressure is determined based on the operating state of the internal combustion engine, etc.
The control device that affects the control target is an exhaust bypass valve provided in a bypass passage that bypasses the upstream side and the downstream side of the exhaust turbine of the variable turbo device and / or a variable that controls the flow velocity of the exhaust turbine inlet. The feedback control device according to claim 1, which is a nozzle vane.