JP2006107280A - プラントの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非線形補償器を用いた制御において、非線形補償器の非線形補償を実際の非線形特性に適合させるようにしたプラントの制御装置を提供する。
【解決手段】線形要素と非線形要素とを含んだエンジンの可変位相機構４２について、線形要素に基づいた応答指定型制御アルゴリズムに従ってプラントの出力Cainを位相目標値Cain_cmdに収束させる仮入力Uslを算出する線形コントローラ１１０と、仮入力とプラントの非線形要素の特性を相殺するように設定された非線形補償器１１２に基づいて制御入力Ucainを算出するプラントの制御装置において、線形要素のみから構成される制御対象モデル１１４ａによって算出されたプラントの出力推定値Cain_estと、プラントの出力検出値Cainの誤差e_nlとに基づいて非線形補償器１１２を修正する非線形特性適応器（修正手段）１１４とを備える。
【選択図】図１９

Description

この発明は、プラントの制御装置に関する。

プラント（制御対象）が非線形な特性を備える場合、プラントを非線形要素と線形要素によりモデル化し、線形コントローラによって決定された入力を非線形補償器による補正を行うことによって最終的な制御入力を決定する構成が知られており、例えばその例として特許文献１記載の技術を挙げることができる。特許文献１記載の技術は、このような非線形補償器を用いることで、非線形特性を有したプラントを高精度に制御できる特徴を持つ。
特開平９−２９７２４０号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術にあっては、非線形補償器を設計する際に想定された非線形特性に対し、実際のプラントの非線形特性に誤差が生じた場合には、非線形補償が正確に行われなくなるため、制御性が低下する不都合がある。従って、非線形補償器を用いた制御において、非線形補償器の非線形補償を実際の非線形特性に適合させる技術が望まれていた。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、非線形補償器を用いた制御において、非線形補償器の非線形補償を実際の非線形特性に適合させるようにしたプラントの制御装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、線形要素と非線形要素とを含んだプラントについて、前記線形要素に基づいた制御アルゴリズムに従って前記プラントの出力を目標値に収束させる仮入力Uslを算出する線形制御器と、前記仮入力と前記プラントの前記非線形要素の特性を相殺するように設定された非線形補償器に基づいて制御入力Ucain, Ucrを算出するプラントの制御装置において、前記線形要素のみから構成される推定モデルによって算出された前記プラントの出力Cain_estと、前記プラントの出力検出値Cainの誤差e_nlとに基づいて前記非線形補償器を修正する修正手段とを備える如く構成した。

請求項２に係るプラントの制御装置にあっては、前記修正手段は、前記推定値Cain_estと前記出力Cainの誤差e_nlがゼロとなるように応答指定型制御アルゴリズムによって前記非線形補償器を修正する如く構成した。

請求項３に係るプラントの制御装置にあっては、前記プラントに印加される外乱の推定値c1を算出する手段を備えると共に、前記修正手段は、前記推定値Cain_estを、前記制御入力Ucain，Ucrから前記外乱の推定値c1に関わる項を差し引いた値Uestに基づいて算出する如く構成した。

請求項４に係るプラントの制御装置にあっては、前記プラントに印加される外乱の推定値c1を算出する手段を備えると共に、前記修正手段は、前記推定値Cain_estを、前記外乱の推定値c1を用いて算出する如く構成した。

請求項５に係るプラントの制御装置にあっては、前記プラントは、内燃機関の吸気バルブの位相を可変に調節する可変位相機構である如く構成した。

請求項６に係るプラントの制御装置にあっては、前記プラントは、内燃機関の圧縮比を調節する可変圧縮比機構である如く構成した。

請求項１に係るプラントの制御装置にあっては、線形要素に基づいた制御アルゴリズムに従ってプラントの出力を目標値に収束させる仮入力Uslを算出する線形制御器と、仮入力とプラントの非線形要素の特性を相殺するように設定された非線形補償器に基づいて制御入力Ucain, Ucrを算出するプラントの制御装置において、線形要素のみから構成される推定モデルによって算出されたプラントの出力Cain_estとプラントの出力検出値Cainの誤差e_nlとに基づいて非線形補償器を修正する修正手段とを備える如く構成したので、プラント（制御対象）の非線形特性が製造バラツキや経年変化などによって変化した場合にも、非線形補償器によって精度良く非線形特性の補償を行うことができ、高精度かつ高応答にプラント出力をその目標値へ制御することができる。

請求項２に係るプラントの制御装置にあっては、修正手段は推定値Cain_estと出力Cainの誤差e_nlがゼロとなるように応答指定型制御アルゴリズムによって非線形補償器を修正する如く構成したので、上記した効果に加え、オーバシュートを生じることなく、非線形補償器の修正を速やかに行うことができるため、より制御性を向上させることができる。

請求項３に係るプラントの制御装置にあっては、プラントに印加される外乱の推定値c1を算出する手段を備えると共に、修正手段は推定値Cain_estを制御入力Ucain，Ucrから外乱の推定値c1に関わる項を差し引いた値Uestに基づいて算出する如く構成したので、上記した効果に加え、外乱の推定値c1による外乱補償と非線形補償器の修正が干渉することがないため、プラント出力が目標値に対してオーバシュート特性を示すことを防止することができ、さらに制御性を向上させることができる。

請求項４に係るプラントの制御装置にあっては、プラントに印加される外乱の推定値c1を算出する手段を備えると共に、修正手段は推定値Cain_estを外乱の推定値c1を用いて算出する如く構成したので、同様に、外乱の推定値c1による外乱補償と非線形補償器の修正が干渉することがないため、プラント出力が目標値に対してオーバシュート特性を示すことを防止することができ、さらに制御性を向上させることができる。

請求項５に係るプラントの制御装置にあっては、プラントは内燃機関の吸気バルブの位相を可変に調節する可変位相機構である如く構成したので、上記した効果に加え、オーバシュートを生じることなく、吸気バルブの位相（開閉弁時期）を目標位相へ高精度かつ高応答に制御することができる。

請求項６に係るプラントの制御装置にあっては、プラントは内燃機関の圧縮比を調節する可変圧縮比機構である如く構成したので、上記した効果に加え、圧縮比の増減切換え時において、圧縮比を急激に変化させることなく、滑らかな変化となるように制御することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係るプラントの制御装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係るプラントの制御装置を模式的に示す概略図である。

尚、プラントの制御装置としては内燃機関の制御装置、より具体的には内燃機関において吸気バルブ（および排気バルブ）の位相（開閉弁時期）を可変に調節する可変位相機構を例にとる。

以下説明すると、符号１０は内燃機関（以下「エンジン」という）を示し、エンジン１０は４サイクル４気筒のＤＯＨＣ型ガソリンエンジンからなる。エンジン１０は吸気管１２を備え、吸気管１２においてエアクリーナ（図示せず）から吸引された空気はインテークマニホルド（図示せず）を流れる。４個のシリンダ（気筒。１個のみ図示）１４の吸気ポートの付近にはインジェクタ（燃料噴射弁）１６が配置され、通電されるとき、吸引された空気に燃料（ガソリン）を噴射する。

よって生じた混合気は２個の吸気バルブ（１個のみ示す）２０が開弁するとき、燃焼室２２に流入し、点火プラグ２４で点火されると燃焼し、ピストン２６を図において下方に駆動し、クランクシャフト３０を回転させる。燃焼で生じた排ガスは、２個の排気バルブ（同様に１個のみ示す）３２が開弁するとき、排気マニホルドとそれに接続される排気系３４を通り、触媒装置３６で浄化された後、エンジン１０の外部に排出される。

エンジン１０には、吸気バルブ２０のリフト（開弁高さ）を可変に調節する可変リフト機構４０と、吸気バルブ２０と排気バルブ３２を駆動する吸気カムシャフトと排気カムシャフトの位相（開閉弁時期）を可変に調節する可変位相機構４２と、ピストン２６の上死点（および下死点）を変えて圧縮比を可変に調節する可変圧縮比機構４４とが設けられる。

最初に可変リフト機構４０について説明する。

図２は、図１に示すエンジン１０を動弁系を中心としてより具体的に示す、エンジン１０の側面図である。図示の如く、吸気バルブ２０と排気バルブ３２の上には、吸気カムシャフト５０と排気カムシャフト５２が平行して配置され、クランクシャフト３０にタイミングベルトなど（図示せず）を介して接続され、それぞれクランクシャフト３０の回転数の１／２の回転数で回転させられる。

吸気カムシャフト５０には吸気カム５０ａが取り付けられると共に、その付近にはロッカアーム４０ａが一端では吸気カム５０ａに、他端では吸気バルブ２０のステムの末端に当接するように配置される。ロッカアーム４０ａには、アッパリンクアーム４０ｂが連結ピン４０ｂ１を介して接続される一方、ロアリンクアーム４０ｃも連結ピン４０ｃ１を介して接続される。アップリンクアーム４０ｂは他方の連結ピン４０ｂ２を介してシリンダブロック（エンジン本体）１４ａに固定される。

ロアリンクアーム４０ｃの他方の連結ピン４０ｃ２は、クランクシャフト３０と平行に配置された可動シャフト（コントロールシャフト。図示せず）に接続され、可動シャフトは減速ギヤ（図示せず）を介して電動モータ４０ｄに接続される。上記した構成において、減速ギヤを介して電動モータ４０ｄで可動シャフトを回転させることで、アッパリンクアーム４０ｂの連結ピン４０ｂ１，４０ｂ２を結ぶ線と、ロアリンクアーム４０ｃの連結ピン４０ｃ１，４０ｃ２を結ぶ線が交差する回転中心が移動し、それによって吸気カム５０ａとロッカアーム４０ｂとの距離が変化し、吸気バルブ２０のリフト量が変更（制御）される。

次いで可変位相機構４２について説明すると、可変位相機構４２は吸気カムシャフト５０に接続される。

図３は可変位相機構４２を模式的に示す側面図、図４はその正面図、および図５はその中の電磁ブレーキの構造を模式的に示す正面図である。

図３から図５を参照して説明すると、可変位相機構４２は、プラネタリギヤ機構４２ａと、シリンダブロック１４ａに固定された電磁ブレーキ４２ｂとを備える。プラネタリギヤ機構４２ａにおいて、リングギヤ４２ａ１は上記した吸気カムシャフト５０に固定される。リングギヤ４２ａ１には３個のプラネットギヤ４２ａ２が相互に１２０度の間隔をおいて噛合する。

図４に良く示す如く、３個のプラネットギヤ４２ａ２は平面視において正三角形を呈するキャリア４２ａ３で相互に連結されると共に、キャリア４２ａ３を介し、図３に示す如く、（クランクシャフト３０で駆動される）スプロケット５６に接続される。キャリア４２ａ３は、図５に示す電磁ブレーキ４２ｂの接続部材４２ｂ１を介してリターンスプリング（圧縮スプリング）４２ｂ２の一端に接続される。

３個のプラネットギヤ４２ａ２には、サンギヤ４２ａ４が噛合する。サンギヤ４２ａ４は、同様に図５に示す電磁ブレーキ４２ｂの接続部材４２ｂ３に固定され、接続部材４２ｂ３を介してリターンスプリング４２ｂ２の他端に接続される。

図５に示すように、電磁ブレーキ４２ｂは、サンギヤ４２ａ４に接続される環状の接続部材４２ｂ３の外周に配置される、同様に環状の永久磁石４２ｂ４と、その外周に配置される、同様に環状の電磁石４２ｂ５とを有する。永久磁石４２ｂ４は、Ｎ極とＳ極の磁石片４個が交互に配置された２極構造からなる。

電磁石４２ｂ５もそれに対応して配置された４個の導電体（積層鋼板）からなり、それに巻回されたコイル（図示せず）が図示しない通電回路から通電されるとき、通電方向に応じてＮ極あるいはＳ極に励磁される。このように、電磁ブレーキ４２ｂは、ＤＣモータと同様の構造を備える。

リターンスプリング４２ｂ２は、接続部材４２ｂ１，４２ｂ３を介してサンギヤ４２ａ４がキャリア４２ａ３に対して図５において時計回りに、具体的には遅角方向、より具体的には吸気バルブ２０の開弁時期（および閉弁時期）がクランクシャフト３０の回転に対して遅れる方向に付勢する。

可変位相機構４２にあっては、図示の構成において、クランクシャフト３０の回転に応じてスプロケット５６が図４に矢印ａで示す方向にその１／２の回転数で回転する。スプロケット５６の回転はキャリア４２ａ３を介してプラネットギヤ４２ａ２に伝達され、図４に矢印ｂで示す方向に回転させ、それによってリングギヤ４２ａ１およびそれに連結される吸気カムシャフト５０をスプロケット５６の回転方向（矢印ａ）と同方向に回転させると共に、サンギヤ４２ａ４を図４に矢印ｃで示す方向に回転させる。

このとき、電磁石４２ｂ５への通電により、サンギヤ４２ａ４に接続部材４２ｂ３を介して接続される永久磁石４２ｂ４の回転を制動（ブレーキ）させるとすると、そのブレーキ力の分だけ吸気カムシャフト５０がスプロケット５６に対して図５に矢印ｄで示す進角方向に移動し、前記した吸気カム５０ａとロッカアーム４０ａとの接触時点をクランク角度に対して早める（進角させる）。

このため、サンギヤ４２ａ４が所定角度相対回転したときにブレーキ力とリターンスプリング力とが釣り合うと、プラネットギヤ４２ａ２は作動を停止し、スプロケット５６とカムシャフト５０は所定の相対角を維持しながら一体回転する。即ち、ブレーキ力の増減によってカム位相が進角あるいは遅角方向に制御される。尚、詳細な説明は省略するが、排気カムシャフト５２も、同種の可変位相機構４２に接続され、排気バルブ３２の位相（開閉弁時期）が可変に調節（制御）される。

次いで圧縮比可変機構４４について説明する。図２に示す如く、ピストン２６のコネクティングロッド２６ａは、連結ピン４４ａを介し、平面視略３角形状の第１のリンク４４ｂに連結される。

第１のリンク４４ｂは、連結ピン４４ａから偏心させられた位置でクランクシャフト３０を回転自在に収容する孔４４ｂ１を備えると共に、一端で連結ピン４４ｂ２を介して第２のリンク４４ｃに接続される。第２のリンク４４ｃは末端に小径の連結ピン４４ｃ１を備え、連結ピン４４ｃ１は、シリンダブロック１４ａに固定された第３のリンク４４ｄの末端に形成されたそれより大径の可動シャフト（コントロールシャフト）４４ｃ２に偏心して連結される。

図示の第１のリンク４４ｂ、第２のリンク４４ｃおよび第３のリンク４４ｄからなる４節リンク構成において、可動シャフト４４ｃ２を油圧機構４４ｅで回転させることにより、ピストン２６の上死点（および下死点）が変更されて燃焼室２２の圧縮比が可変に調節（制御）される。

図１の説明に戻ると、クランクシャフト３０の付近にはクランクシャフトセンサ６０が配置され、４個のシリンダ１４のクランク角度位置を特定するシリンダ判別信号、４個のピストン２６のＴＤＣ（上死点）に関連した位置を示すＴＤＣ信号、および単位クランク角度、例えば１度ごとにクランク角度信号（ＣＲＫ信号）を示す信号を出力する。

吸気カムシャフト５０（図２に示す）の付近にはカムシャフトセンサ６２が配置され、吸気カムシャフト５０の所定の回転角度、例えば１度ごとに信号を出力する。また、可変リフト機構４０において電動モータ４０ｄの減速ギヤの付近にはロータリエンコーダなどからなるリフトセンサ６４が配置され、減速された電動モータ４０ｄの回転を通じて吸気バルブ２０のリフト量（開弁量）Liftinに応じた信号を出力する。さらに、可変圧縮比機構４４においては油圧機構４４ｅの付近に圧縮比センサ６６が配置され、油圧機構４４ｅのストローク（回転量）から燃焼室２２の実圧縮比Crに応じた出力を生じる。

吸気管１２の先端付近にはエアフローメータ（ＡＦＭ）６８が配置されて吸引された空気量Ｑに応じた信号を出力すると共に、シリンダ１４の冷却水通路（図示せず）の付近には水温センサ７０が配置され、エンジン１０の冷却水温ＴＷを示す信号を出力する。

さらに、エンジン１０が搭載される車両（図示せず）の運転席床面に配置されたアクセルペダル（図示せず）の付近にはアクセル開度センサ７４が配置され、運転者の操作するアクセル開度（アクセルペダル踏み込み量）ＡＰに応じた信号を出力する。

上記したセンサ群の出力は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit。電子制御ユニット）８０に入力される。ＥＣＵ８０は図示の如く、ＣＰＵ８０ａ、メモリ８０ｂ、入力インターフェース８０ｃおよび出力インターフェース８０ｄならびに図示しないＡ／Ｄ変換回路、波形整形回路、カウンタなどからなるマイクロコンピュータから構成される。

クランクシャフトセンサ６０などの出力は波形整形回路で波形整形されると共に、エアフローメータ６８などの出力はＡ／Ｄ変換回路でデジタル値に変換される。ＥＣＵ８０は、クランクシャフトセンサ６０から出力されるＣＲＫ信号をカウンタを介してカウントし、エンジン回転数ＮＥを検出する。またＥＣＵ８０は、ＣＲＫ信号とカムシャフトセンサ６２の出力に基づいてカム位相Cain（吸気バルブ２０の開閉弁時期）を検出する。

ＥＣＵ８０は、それらの値およびその他のセンサ出力に基づき、後述するように、エンジン１０の可変位相機構４２などの可変機構と、燃料噴射量と、点火時期とを制御する。

図６は、そのＥＣＵ８０の動作を示すフロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１０において可変機構を制御する。即ち、センサ出力から検出されるエンジン１０の運転状態に基づいて可変リフト機構４０、可変位相機構４２および可変圧縮比機構４４を制御し、検出された運転状態からエンジン１０の吸気量が最適となるように制御する。尚、Ｓ１０の処理は、エンジン１０が始動されたときに開始し、以後、所定の時間間隔、例えば１０ｍｓｅｃごとに実行される。

次いでＳ１２に進み、その吸気量に基づいて燃料噴射量を算出して燃料制御を実行し、Ｓ１４に進み、同様に、その吸気量において点火時期を制御する。尚、Ｓ１２，Ｓ１４の処理は、エンジン１０が始動されたときに開始し、以後、ＴＤＣあるいはその付近のクランク角度に同期して実行される。

図６フロー・チャートの動作を詳細に説明する前に、この発明の課題を説明する。

最初に述べたように、特許文献１記載の技術にあっては、非線形補償器を設計する際に想定された非線形特性に対し、実際のプラントの非線形特性に誤差が生じた場合には、非線形補償が正確に行われなくなるため、制御性が低下する不都合がある。従って、非線形補償器を用いた制御において、非線形補償器の非線形補償を実際に非線形特性に合わせて適合させる技術が望まれていたことから、この発明は、非線形補償器を用いた制御において非線形補償器の非線形補償を実際に非線形特性に適合させるようにしたプラントの制御装置を提供することを課題とする。

図３から図５に示す可変位相機構４２においては、電磁ブレーキ４２ｂにおけるブレーキ力Fbrkと電磁石４２ｂ５への入力電圧（制御入力。位相指令値）Ucainの関係は、図７のような非線形なものとなる。即ち、入力電圧Ucainをある値未満にするとブレーキ力Fbrkが入力に対して急速に小さくなる一方、ある程度以上に増加させるとブレーキ力が入力に対して急に大きくなる。

これは、電磁力の発生量は電磁石４２ｂ５へ印加される電流、即ち、電圧に対し線形な特性を持っているが、電磁力は距離の２乗に反比例するからである。尚、実際には、図７に示す特性は連続的な曲線となるが、図７ではそれを近似した折れ線で示す。

ここで、この制御対象（プラント。可変位相機構（ＶＴＣ）４２）を以下のような線形モデルを用いて表す。

上記で、a1sc、a2sc、b1sc、b2sc：NE、Cainに応じてスケジュールされたモデルパラメータである。

また、外乱推定値c1を含めた拡大制御対象モデルを以下のように定義する。

このとき、目標値応答と外乱抑制応答の収束時間と収束挙動を個別に指定可能な応答指定型制御（スライディングモード制御）、より具体的には２自由度応答指定型制御は、図８と式１−３から式１−１６に示す制御系で実現される。尚、図示の制御系の構成は、特許文献１に示す従来技術を２自由度応答指定型制御に当てはめて示す従来技術である。

図８に示す如く、２自由度応答指定型制御系は、ＳＭＣ（スライディングモードコントローラ）１００と、適応外乱オブザーバ１０２と、モデルパラメータスケジューラ１０４で構成される。

ＳＭＣ１００は以下のように定義される。

適応外乱オブザーバ１０２は以下のように定義される。

また、モデルパラメータスケジューラ１０４は以下のように定義される。

尚、上記および以降の式で、a1sc_map、a2sc_map、b1sc_map、b2sc_mapは、検出されたエンジン回転数NEで図９に示す特性を検索して得られる（スケジュールド）モデルパラメータであり、Kbscは検出された位相Cainで図１０に示す特性を検索して得られる（スケジュールド）モデルパラメータで補正係数である。また、添え字ｋは離散系のサンプル時間、より具体的には図６フロー・チャートの実行時刻である。

図８に示す線形制御系により、非線形特性を持った可変位相機構（ＶＴＣ）４２を制御した結果（シミュレーション結果）を図１１に示す。図１１では、時刻ｔ２において外乱（外力）doutが印加される。尚、それに先立つ時刻ｔ１において図７に示した非線形特性が、電磁石４２ｂ５の温度上昇などにより図１２のようにオフセットを生じている。

図１１に示す制御結果では、制御対象の非線形特性によって生じるモデル化誤差を適応外乱オブザーバ１０２が瞬時に吸収できないため、目標値への追従応答に際して著しいオーバシュートを発生しており、２自由度応答指定型制御の特徴である低オーバシュート特性が失われていることが分かる。ただし、図示の構成においても、doftやdoutの影響は、適応外乱オブザーバ１０２が吸収できるので、位相Cainが目標値Cain_cmdに対して定常偏差を生じるようなことはない。

そこで、制御対象の非線形特性を考慮した制御系を構成するため、制御対象を非線形要素と線形要素（遅れ要素）によってモデル化し、下式によって表す。

尚、式１−１９に示すGnlは非線形関数であり、図１３に示す如く、テーブル値として設定される。これは後の式でも同様である。

次に、図１３に示す非線形関数の特性を補償して線形化（直線化）する値Fnlのテーブル特性を図１４に示すように定義し、図８に示す制御入力UcainをUslとし、Uslに基づいて新たに制御入力Ucainを下式を用いて算出する。

これによって、UslとUnlの関係は線形関係（比例または一致）となり、UslからCainまでの動特性は線形化される。図１５は、よって得られた制御系の構成を示すブロック図である。

故に、仮入力Uslを算出する線形コントローラ１１０（図８のＳＭＣ１００、適応外乱オブザーバ１０２およびモデルパラメータスケジューラ１０４から構成される）は、この線形化された制御対象を、次式に示すように認識すれば良い。

以下に演算式をまとめて示すと、図１５に示す制御系において、非線形補償器１１２については下記の通りとなる。

また、線形コントローラ（２自由度応答指定型コントローラ）１１０については以下の通りとなる。

また、線形コントローラ１１０を構成する適応外乱オブザーバ１０２（図８）については以下の通りとなる

同様に、線形コントローラ１１０を構成するモデルパラメータスケジューラ１０４（図８）については以下の通りとなる。

図１６は、図１５に示す非線形補償器１１２を用いた場合の制御結果である。同図から分かるように、非線形補償器１１２の挿入により、目標値への追従応答が著しく改善し、２自由度応答指定型制御の特徴である低オーバシュート特性が復活している。しかしながら、非線形特性のズレあるいは変化を表すdoftや外乱doutの抑制に関しては、却って収束時間が長大化している。

上記から、非線形補償器１１２を用いた技術をさらに改良し、doftやdoutに対する抑制能力を高めることができる技術が望まれていた。この発明はそれを解消するプラントの制御装置を提供することを課題とする。

以下それについて説明すると、図１５に示す制御系の構成では、制御対象の非線形特性を補償する機能を備えているが、非線形特性の変化（図１２に示す）を補償する機能を備えていない。従って、この発明に係るプラントの制御装置においては、図１５に示す制御系の構成に、新たに非線形特性変化に対して適応する機能を追加するようにした。

図１５に示す制御系では、非線形補償器１１２による非線形特性の相殺が正確に行われたならば、制御入力Ucainに対する制御対象の出力Cainと、次式２−１で示される制御対象モデルの出力Cain_estは一致する。

反対に、非線形特性の相殺が正確に行われていない場合、上式のモデルと、図１５に示す線形化された制御対象の静特性に誤差が生じるため、次式に示すように、CainとCain_estの間に誤差e_nlが生じる。

この発明に係るプラントの制御装置にあっては、その点に着目し、以下のように非線形補償器１１２を変更し、そこで用いられるCnl_adpをe_nlがゼロとなるように改良し、非線形補償器１１２による非線形特性の相殺が正しく行えるようにした。

その改良された非線形補償器は、以下の式で表わされる。

上記で、Cn1_adpは非線形特性補正値である（以降の式でも同じ）。

上式における非線形特性補正値は、簡易型スライディングモードアルゴリズムを用いた次式によって算出される。

上記で、Cn1_baseは非線形特性補正値の基準値で、例えば式１−２５のCn1に設定されるが、エンジン回転数NEなどによってスケジュールしても良い。

即ち、図１７に示す如く、この発明に係るプラントの制御装置にあっては、非線形特性適応器１１４を設けてCnl_adpをe_nlがゼロとなるように構成し、非線形補償器１１２による非線形特性の相殺が正しく行えるようにした。

図１７に示す制御系の制御結果（シミュレーション結果）を図１８に示す。図１８に示す結果において、doftとdoutによって生じた偏差の絶対値を減少させる時間は短くなっているが、依然としてオーバシュート的挙動が見られることから、更なる制御性の改善が望まれる。

このオーバシュート的挙動は、線形コントローラ１１０の外乱補償を行う適応外乱オブザーバ１０２と、非線形特性適応器１１４の干渉が生じているためである。即ち、非線形特性適応器１１４では、外乱doutが印加されることによって生じたe_nlも非線形特性の不一致であると認識し、Cnl_adpを修正してしまう一方、非線形特性ズレdoftによる偏差が生じた場合にも適応外乱オブザーバ１０２がそれを補正してしまうためである。

そこで、この干渉を回避するため、非線形特性適応器１１４で使用する制御対象モデル１１４ａへの入力を以下のように変更する。

この入力Uestは、Uslに対し、適応外乱オブザーバ１０２によって推定された外乱推定値c1の項が消去されている。これは、実際の制御対象の出力Cainでは外乱doutの影響は外乱推定値c1によって相殺されているため、出力Cainにその影響は表れていない。しかしながら、制御対象モデル１１４ａには、相殺する外乱doutが存在しないため、外乱推定値c1による入力増の影響が誤ってモデル出力Cain_estに表れ、誤った偏差e_nlを発生するためである。

そこで、制御対象モデル１１４ａをUestを用いて以下のように改良する。

これを用いた改良制御系の演算式を以下に示すと、非線形補償器１１２については以下のようになる。

また、非線形特性適応器１１４については以下のようになる。

さらに、線形コントローラ（２自由度応答指定型コントローラ）１１０については以下のようになる。

さらに、適応外乱オブザーバ１０２については以下のようになる。

さらに、モデルパラメータスケジューラ１０４については以下のようになる。

図１９は、改良された非線形特性適応器１１４を用いた制御系の構成を示すブロック図である。また、図２０は、図１９に示す制御系を用いた場合の制御結果（シミュレーション結果）である。図２０から分かるように、図１９に示す制御系にあっては非線形特性適応器１１４と適応外乱オブザーバ１０２の干渉が解消(減少）し、doftやdoutによって発生した偏差をオーバシュートを生じることなく速やかに減少させている。当然のことながら、２自由度応答指定型制御の特徴である低オーバシュート特性も維持されている。

上記を前提として図６フロー・チャートの説明に戻ると、前記したように、Ｓ１０においてセンサ出力から検出されるエンジン１０の運転状態に基づいて可変リフト機構４０、可変位相機構４２および可変圧縮比機構４４を制御し、検出された運転状態からエンジン１０の吸気量が制御される。

図２１はその処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１００において可変リフト機構４０と可変位相機構４２と可変圧縮比機構４４とからなる３種の機構の中の少なくともいずれかが故障か否か判断し、肯定されるときはＳ１０２に進み、可変圧縮比機構４４への指令値U_Crを最終圧縮比となる故障時用指令値U_Cr_fsに、可変リフト機構４０への指令値U_Liftinをクリープ走行可能な程度の故障時用指令値U_Liftin_fsに、また可変位相機構４２への指令値U_Cainを位相が遅角側となる故障時用指令値U_Cain_fs（具体的には０（通電量零））に設定する。

Ｓ１００で否定されるときはＳ１０４に進み、エンジン１０が始動中か否か判断する。これは、検出されたエンジン回転数ＮＥが完爆回転数未満か否か判定することで判断する。

Ｓ１０４で肯定されるときはＳ１０６に進み、検出されたエンジン冷却水温ＴＷから図示の特性に従ってフリクションの増加に対応して増加するようにリフト目標値Lift_cmdを検索（算出）し、Ｓ１０８に進み、同様に検出されたエンジン冷却水温ＴＷから図示の特性に従って燃焼が安定するように位相目標値Cain_cmdを検索（算出）する。次いでＳ１１０に進み、目標圧縮比Cr_cmdを、クランキング中のエンジン回転数ＮＥが増加すると共に、未燃ＨＣが低減するように定められた固定値Cr_cmd_crkに設定（算出）する。

Ｓ１０４で否定されるときはＳ１１２に進み、検出されたアクセル開度ＡＰが全閉開度、即ち、アクセルペダルが踏み込まれていないか否か判断する。Ｓ１１２で否定されるときは運転者による駆動要求がなされたと判断されることからＳ１１４に進み、検出されたエンジン回転数ＮＥとアクセル開度ＡＰとから図示の特性に従ってリフト目標値Lift_cmdを検索（算出）し、Ｓ１１６に進んで同様に検出されたエンジン回転数ＮＥとアクセル開度ＡＰとから図示の特性に従って位相目標値Cain_cmdを検索（算出）する。次いでＳ１１８に進み、同様に検出されたエンジン回転数ＮＥとアクセル開度ＡＰとから図示の特性に従って圧縮比目標値Cr_cmdを検索（算出）する。

Ｓ１１２で肯定されるときはアイドル状態にあると判断されることからＳ１２０に進み、触媒装置３６の暖機時間が経過したか否か判断する。Ｓ１２０で肯定されるときはＳ１１４以降に進むと共に、否定されるときはＳ１２２に進み、触媒装置３６の昇温を促進するため、エンジン１０が始動されてからの経過時間と検出されたエンジン冷却水温ＴＷとから図示の特性に従ってリフト目標値Lift_cmdを検索（算出）する。次いでＳ１２４に進み、ポンピングロスを高めると共に、吸気量を増加することで触媒装置３６の昇温を促進するため、同様にエンジン１０が始動されてからの経過時間と検出されたエンジン冷却水温ＴＷとから図示の特性に従って位相目標値Cain_cmdを検索（算出）する。

次いでＳ１２６に進み、低圧縮比化によって熱効率を低下させて排ガス温度を上昇させるように設定された固定値Cr_cmd_astに目標圧縮比Cr_cmdを設定（算出）する。尚、図示のプログラムはエンジン１０の始動に従って開始し、以後、１０ｍｓｅｃごとに実行されることから、そのループ回数からエンジン１０が始動されてからの経過時間を求める。

次いでＳ１２８に進み、位相制御、リフト制御、および圧縮比制御を実行する。即ち、上記した目標値によって可変圧縮比機構４４、可変リフト機構４０および可変位相機構４２を制御する。

図２２は、それらの処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ２００において、図示の如く、前記した式２−１２から式２−３５によって位相指令値（制御入力）Ucainを演算する。

以下、図１９を再び参照しつつ簡単に説明すると、非線形補償器１１２にあっては、式２−１２から式２−１４に従って制御入力Ucain(k)を算出する。式中の非線形特性補正値Cnl_adpは、非線形特性適応器１１４によって式２−１５から式２−２１に従って算出される。

また、線形コントローラ（２自由度応答指定型コントローラ）１１０は、式２−２２から式２−２７に示される応答指定型制御アルゴリズム（より具体的には２自由度応答指定型制御アルゴリズム）に従い、制御対象である可変位相機構（ＶＴＣ）４２の出力Cainを位相目標値Cain_cmdに収束させる仮入力Uslを算出する。尚、スライディングモード制御は制御量の収束速度を指定できる応答指令型制御であるが、２自由度スライディングモード制御はスライディングモード制御を発展させたものであり、制御量の目標値に対する追従速度と、外乱が印加されたときの制御量の収束速度とを個別指定できる制御である。

即ち、この２自由度応答指定型制御アルゴリズムにあっては、先ず、式２−２７に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより、位相目標値のフィルタ値（目標フィルタ）Cain_cmd_f(k)が算出される。同式においてPOLE_fは目標値フィルタ係数であり、式２−２３などにおいて使用されるPOLEは切換関数設定パラメータであり、それらは−１と０の間において式２−２７の末尾に示されるように設定される。

次いで、式２−２２から式２−２６に示すスライディングモード制御アルゴリズムにより、仮入力Usl(k)が算出される。具体的には、仮入力Usl(k)は、等価制御入力Ueq(k)と到達則入力Urch(k)の和として算出される。

等価制御入力Ueq(k)は、式２−２３に従って算出される。また、c１は、前記したように外乱およびモデル化誤差を補償するための外乱推定値である。

到達則入力Urch(k)は状態量を切換線上にのせる値であり、式２−２４に従って算出される。同式においてKrchは所定の到達則ゲイン（フィードバックゲイン）であり、σ(k)は式２−２５のように定義される切換関数、式２−２５のEcain(k)は、式２−２６によって算出される追従誤差を示す。

以上の式２−２２から式２−２７は、以下のように導出される。即ち、先ず、仮入力Usl(k)を入力とし、位相Cain_estを出力とする系として定義すると共に、離散系モデルとしてモデル化すると、先の式２−１１が得られる。式２−１１は、仮入力Usl(k)と位相Cainの間の動特性を定義したものに相当する。

次いで、式２−１１におけるモデルパラメータと外乱推定値を、モデルパラメータスケジューラ１０４により算出された値に置き換えたモデルを考え、そのモデルに基づいて位相Cainが位相目標値Cain_cmdに追従するように目標値フィルタ型の２自由度スライディングモード制御理論を適用すると、上記した式２−２２から式２−２７が得られる。

上記した２自由度応答指定型スライディングコントローラ（線形コントローラ１１０）の制御アルゴリズムによれば、位相Cainを位相目標値Cain_cmdに、外乱を抑制しつつ、高精度で追従させることができる。具体的には、式２−２７において目標値フィルタ係数POLE_fを前記した範囲で任意に設定することにより、追従性を自在に指定することができる。

また、式２−２２から式２−２６に示される制御アルゴリズムでは、外乱推定値によって外乱とモデル化誤差の影響を抑制できると共に、切換関数設定パラメータを前記した範囲で任意に設定することにより、追従挙動および外乱抑制能力を自在に指定することができる。

図２２フロー・チャートにあっては次いでＳ２０２に進み、図示の式に従ってリフト制御を実行する。

Ｓ２０２のリフト制御およびＳ２０４の圧縮比制御にあっては、上記した２自由度スライディングモード制御に代え、その簡易型の制御を用いる。尚、Ｓ２０２のリフト制御およびＳ２０４の圧縮比制御にあっては、目標値に対するオーバーシュートの発生によるピストン２６と吸気バルブ２０の干渉を防止するように指令値が算出される。

以下説明すると、先ず、Ｓ２０２において図示の式（ａ）から（ｄ）に基づいてリフト指令値（操作量）U_Liftinを算出する。

簡易型の２自由度スライディングモードにあっては、先ず式（ｄ）に示す如く、目標値追従応答指定パラメータpole_f_lfを用い、一次遅れフィルタアルゴリズムにより、リフト目標値のフィルタ値Liftin_cmd_f(k)が算出される。目標値追従応答指定パラメータpole_f_lfは前記した目標値フィルタ係数と同一であって、制御量の目標値に対する追従速度を規定し、図示の如く、−１より大きく、０より小さい値に設定される。

次いで、式（ｃ）に示す如く、リフト検出値Liftin(k)からリフト目標値のフィルタ値Liftin_cmd_f(k)を減算して偏差E_lf(k)を算出し、次いで式（ｂ）に示す如く、偏差の前回値に外乱抑制応答指定パラメータpole_lfを乗じ、よって得た積を偏差の今回値に加算して切換関数σ_lf(k)を算出する。外乱抑制応答指定パラメータpole_lfは前記した切換関数設定パラメータと同一であって外乱が印加されたときの偏差E_lfの収束速度を規定し、図示の如く、−１より大きく、０より小さい値に設定される。

次いで、式（ａ）に示す如く、切換関数σ_lf(k)に第１のフィードバックゲインKrch_lfの負値を乗じて得た積から、切換関数σ_lf(k)の積分値に第２のフィードバックゲインKadp_lfを乗じて得た積が減算され、リフト指令値（操作量）U_Liftinが算出される。

式（ａ）において、右辺の第１項は前記した到達則入力であり、図示のように切換関数の比例項として算出される。また、右辺の第２項は、定常偏差を抑制しつつ、状態量を切換線上にのせるための適応則入力であり、図示のように切換関数の積分項として算出される。尚、第１、第２のフィードバックゲインは、シミュレーションや実験などによって設定された値である。

同時に、算出されたリフト指令値に基づいて可変リフト機構４０の電動モータ４０ｄを動作させてリフト制御を実行する。

次いでＳ２０４に進み、同様に図示の式（ａ）から（ｄ）に基づいて圧縮比指令値（操作量）U_Crを算出し、算出された圧縮比指令値に基づいて可変圧縮比機構４４の油圧機構４４ｅを動作させて圧縮比制御を実行する。

尚、Ｓ２０４における指令値の算出自体は、添え字が相違するのみで、Ｓ２０２のそれと異ならないので、説明は省略する。

図６フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ１２に進み、燃料制御を実行する。

これは具体的には、エアフローメータ６８の出力をＣＲＫ信号ごとにサンプルして吸気量Gcyl_afmを算出する（尚、脈動の影響を排除するために、算出値をＴＤＣ区間で平均した値を用いる）。次いで算出された吸気Gcyl_afmと検出されたアクセル開度ＡＰとから予め設定された特性を検索し、理論空燃比となるように燃料噴射量を算出し、算出された燃料噴射量に基づいてインジェクタ１６を駆動する。

次いでＳ１４に進み、点火制御を実行する。

図２３は、その処理を示す、図２１に類似する、サブ・ルーチン・フロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ３００において同様に可変リフト機構４０などの３種の機構の中の少なくともいずれかが故障か否か判断し、肯定されるときはＳ３０２に進み、図２１を参照して説明した制御に類似する、簡易型の１自由度スライディングモード制御に従ってフェールセーフ時のＮＥ制御を実行する。

尚、Ｓ３０２の処理は、フェールセーフ時は動弁系でトルク制御ができないため、エンジン回転数ＮＥを一定に保つように点火時期を決めることによってトルクを制御することを意図する。

以下説明すると、先ず、式（ｃ）に示す如く、エンジン回転数検出値NE(k)から目標エンジン回転数NE_fs（例えば２０００ｒｐｍ）を減算して偏差Enfs(k)を算出し、次いで式（ｂ）に示す如く、偏差の前回値に応答指定パラメータpole##を乗じ、よって得た積を偏差の今回値に加算して切換関数σ##(k)を算出する。

次いで、式（ａ）に示す如く、切換関数σ##(k)に第１のフィードバックゲインKrch##を乗じて得た積から、切換関数の積分値に第２のフィードバックゲインKadp#を乗じて得た積を減算して得た差を、フェールセーフ用基準点火時期Ig_fsのベース値Ig_fs_baseから減算してフェールセーフ用基準点火時期Ig_fsを算出する。

次いでＳ３０４に進み、算出されたフェールセーフ用基準点火時期を点火指令値Iglogとする。

他方、Ｓ３００で否定されるときはＳ３０６に進み、エンジン１０が始動中か否か判断し、肯定されるときはＳ３０８に進み、始動用点火時期Ig_crkを点火指令値Iglogとする。

Ｓ３０６で否定されるときはＳ３１０に進み、検出されたアクセル開度ＡＰが全閉開度か否か判断し、否定されるときは運転者による駆動要求がなされたと判断されることから、Ｓ３１２に進み、通常制御、即ち、検出されたエンジン回転数ＮＥと先に算出された吸気量Gcyl_afmとから適宜な特性（図示せず）に従って点火指令値Iglogを算出する。

Ｓ３１０で肯定されるときはＳ３１４に進み、触媒装置３６の暖機時間が経過したか否か判断し、肯定されるときはＳ３１２に進むと共に、否定されるときはＳ３１６に進み、Ｓ３０２の処理と同様に簡易型のスライディングモード制御に従って点火時期のフィードバック制御を実行する。

即ち、式（ｃ）に示す如く、エンジン回転数検出値NE(k)から目標エンジン回転数NE_ast（例えば１５００ｒｐｍ）を減算して偏差Enast(k)を算出し、次いで式（ｂ）に示す如く、偏差の前回値に応答指定パラメータpole#を乗じ、よって得た積を偏差の今回値に加算して切換関数σ#(k)を算出する。

次いで、式（ａ）に示す如く、切換関数σ#(k)に第１のフィードバックゲインKrch#を乗じて得た積から、切換関数の積分値に第２のフィードバックゲインKadp#を乗じて得た積を減算して得た差を、始動後基準点火時期ig_astのベース値Ig_ast_baseから減算して始動後基準点火時期Ig_ast（例えば５度）が算出される。次いでＳ３１８に進み、算出された始動後基準点火時期を点火指令値Iglogとする。

上記の如く、この実施例に係るプラントの制御装置にあっては、線形要素と非線形要素とを含んだエンジン１０の可変位相機構（プラント）４２について、前記線形要素に基づいた応答指定型制御アルゴリズム（より具体的には２自由度応答指定型スライディングモード制御アルゴリズム）に従って前記プラントの出力Cainを位相目標値（目標値）Cain_cmdに収束させる仮入力Uslを算出する線形コントローラ（線形制御器）１１０と、前記仮入力と前記プラントの前記非線形要素の特性を相殺するように設定された非線形補償器（図１４のテーブル特性）１１２に基づいて制御入力Ucainを算出するプラントの制御装置において、前記線形要素のみから構成される制御対象モデル（推定モデル。式２−１、式２−１１、式３−１）１１４ａによって算出された前記プラントの出力推定値Cain_estと、前記プラントの出力検出値Cainの誤差e_nlとに基づいて前記非線形補償器１１２を修正する非線形特性適応器（修正手段）１１４とを備える如く構成した。尚、線形コントローラ１１０などは、実際にはＥＣＵ８０が行う処理である。

これにより、可変位相機構（プラント）４２の非線形特性が製造バラツキや経年変化などによって変化した場合にも、非線形補償器１１２によって精度良く非線形特性の補償を行うことができ、高精度かつ高応答にプラント出力Cainをその目標値Cain_cmdへ制御することができる。

また、前記非線形特性適応器（修正手段）１１４は、前記出力推定値Cain_estと前記出力検出値Cainの誤差e_nlがゼロとなるように応答指定型制御アルゴリズムによって前記非線形補償器１１２を修正する如く構成したので、上記した効果に加え、オーバシュートを生じることなく、非線形補償器１１２の修正を速やかに行うことができるため、より制御性を向上させることができる

また、前記可変位相機構（プラント）４２に印加される外乱の推定値c1を算出する手段（線形コントローラ１１０、より具体的にはそれを構成する適応外乱オブザーバ１０２）を備えると共に、前記非線形特性適応器（修正手段）１１４は、前記推定値Cain_estを、前記制御入力（Ucain）から前記外乱推定値c1に関わる項を差し引いた値（関係する項を消去して得られた値）Uestに基づいて算出する（式２−１９）如く構成したので、上記した効果に加え、適応外乱オブザーバ１０２による外乱の推定値c1による外乱補償と非線形特性適応器１１４の修正が干渉することがないため、プラント出力Cainが目標値Cain_cmdに対しオーバシュート特性を示すことを防止することができ、さらに制御性を向上させることができる。

また、前記プラントは、エンジン（内燃機関）１０の吸気バルブ２０の位相を可変に調節する可変位相機構４２である如く構成したので、上記した効果に加え、オーバシュートを生じることなく、吸気バルブ２０の位相を目標位相へ高精度かつ高応答に制御することができる。

図２４は、この発明の第２実施例に係るプラントの制御装置の制御系を模式的に示す、図１９と同様のブロック図である。

第１実施例に係る制御装置にあっては、非線形特性適応器１１４における制御対象モデル１１４ａの出力Cain_estが外乱推定値c1に基づいた入力によって影響を受け、誤った偏差e_nlを生じてしまうことを防止するため、制御対象モデル１１４ａへの入力から外乱推定値入力c1に関係する項を消去することによって対応していた。これは、実際の制御対象モデルには外乱が印加させるが、制御対象モデル１１４ａには外乱が印加されないという不一致を解消するための対応であった。

これに着目すると、図２４に示すように、非線形特性適応器１１４における制御対象モデル１１４ａに実際の制御対象と同等の推定外乱を印加することによっても、同様の効果を実現できることが分かる。即ち、非線形特性適応器１１４における制御対象モデル１１４ａを、適応外乱オブザーバ１０２で推定された外乱推定値c1を用いて以下のように変更する。

このモデルでは、外乱の影響が考慮されているため、前述のように入力から外乱推定値に関わる項を消去する必要がなくなる。以下にその演算式を示す。

非線形補償器１１２の演算式は以下の通りである。

また、非線形特性適応器１１４の演算式は以下の通りである。

さらに、線形コントローラ（２自由度応答指定型コントローラ）１１０の特性は以下の通りである。

また、適応外乱オブザーバ１０２の特性は以下の通りである。

さらに、モデルパラメータスケジューラ１０４の演算式は以下の通りである。

尚、第２実施例に係るプラントの制御装置の動作にあっては、図２２のＳ２００において式３−２以降を用いて位相指令値（制御入力）U_cainが演算されることになる。

上記した如く、第２実施例に係るプラントの制御装置にあっては、前記可変位相機構（プラント）４２に印加される外乱の推定値c1を算出する手段（線形コントローラ１１０、より具体的にはそれを構成する適応外乱オブザーバ１０２）を備えると共に、前記非線形特性適応器（修正手段）１１４は、前記推定値Cain_estを、前記外乱の推定値c1を用いて算出する如く構成したので、同様に、外乱の推定値c1による外乱補償と非線形特性適応器１１４の修正が干渉することがないため、プラント出力が目標値に対しオーバシュート特性を示すことを防止することができ、さらに制御性を向上させることができる。即ち、この第２実施例に係るプラントの制御装置にあっても、第１実施例の装置と同じ制御結果（図２０に示す）を得ることができる。尚、図示の構成においても、線形コントローラ１１０などは実際にはＥＣＵ８０が行う処理である。

図２５は、この発明の第３実施例に係るプラントの制御装置の制御系を模式的に示す、図１９と同様のブロック図である。

第１、第２実施例に係る制御装置は、可変位相機構４２ばかりではなく、例えば、可変圧縮比機構４４への適用も可能である。図２に関して前述した通り、４節リンク式の可変圧縮比機構４４にあっては、図２の可動シャフト４４ｃ２を油圧機構４４ｅにより回転させることにより、圧縮比を増減させる。

このとき、油圧機構４４ｅの制御入力Ucrに対する発生力Fcrの特性は図２６のような非線形なものとなる。図２に示す可変圧縮比機構４４の可動シャフト４４ｃ２を回転させるためには、大きなFcrが必要となる。その結果、高圧の油圧が使用されるため、制御バルブ（図示せず）の内部の油路の微小な開度変化時（+/-方向切換え時）に、図２６に示す如く、Fcrが急激に変化する特性となっている。

故に、可変圧縮比機構４４も、図２６の特性を表した非線形要素と線形要素(遅れ要素)によってモデル化することができ、図２５に示す如く、第１あるいは第２実施例で述べた制御系によって制御を行うことが可能となる。その場合、非線形補償器１１２において使用されるべき非線形テーブルは図２７に示すようになる。尚、演算式については、第１あるいは第２実施例で用いた式においてCainをCrと書き換えれば良い。

第３実施例においても、図２５に示す制御系を用いることで、飛躍的に制御性を向上させることができる。

上記の如く、第３実施例に係るプラントの制御装置にあっては、線形要素と非線形要素とを含んだエンジン１０の可変圧縮比機構（プラント）４４について、前記線形要素に基づいた応答指定型制御アルゴリズム（より具体的には２自由度応答指定型スライディングモード制御アルゴリズム）に従って前記プラントの出力Crを圧縮比目標値（目標値）Cr_cmdに収束させる仮入力Uslを算出する線形コントローラ（線形制御器）１１０と、前記仮入力と前記プラントの前記非線形要素の特性を相殺するように設定された非線形補償器（図２７のテーブル特性）１１２に基づいて制御入力Ucrを算出するプラントの制御装置において、前記線形要素のみから構成される制御対象モデル（推定モデル。式２−１、式２−１１、式３−１）１１４ａによって算出された前記プラントの出力推定値Cr_estと、前記プラントの出力検出値Crの誤差e_nlとに基づいて前記非線形補償器１１２を修正する非線形特性適応器（修正手段）１１４とを備える如く構成した。尚、同様に、線形コントローラ１１０などは実際にはＥＣＵ８０が行う処理である。

これにより、可変圧縮比機構（プラント）４４の非線形特性が製造バラツキや経年変化などによって変化した場合にも、非線形補償器１１２によって精度良く非線形特性の補償を行うことができ、高精度かつ高応答にプラント出力Crその目標値Cr_cmdへ制御することができる。

また、前記非線形特性適応器（修正手段）１１４は、前記出力推定値Cr_estと前記出力検出値Crの誤差e_nlがゼロとなるように応答指定型制御アルゴリズムによって前記非線形補償器１１２を修正する如く構成したので、上記した効果に加え、オーバシュートを生じることなく、非線形補償器１１２の修正を速やかに行うことができるため、より制御性を向上させることができる

また、前記可変位相機構（プラント）４２に印加される外乱の推定値c1を算出する手段（線形コントローラ１１０、より具体的にはそれを構成する適応外乱オブザーバ１０２）を備えると共に、前記非線形特性適応器（修正手段）１１４は、前記出力推定値Cr_estを、前記制御入力（Ucr）から前記外乱推定値c1に関わる項を差し引いた値（関係する項を消去して得られた値）Uestに基づいて算出する（式２−１９）如く構成したので、上記した効果に加え、適応外乱オブザーバ１０２による外乱の推定値c1による外乱補償と非線形特性適応器１１４の修正が干渉することがないため、プラント出力Crが目標値Cr_cmdに対しオーバシュート特性を示すことを防止することができ、さらに制御性を向上させることができる。

また、前記プラントは、エンジン（内燃機関）１０の圧縮比を調節する可変圧縮比機構４４である如く構成したので、第１、第２実施例で述べた効果に加え、圧縮比の増減切換え時において、圧縮比を急激に変化させてしまうことなく、圧縮比が滑らかに変化するように制御することができる。

尚、第３実施例においては第１あるいは第２実施例と組み合わせ、可変位相機構４２と可変圧縮比機構４４の両方を上記した制御系で制御するようにしても良い。

また、上記において、非線形特性補正値を簡易型スライディングモードアルゴリズムを用いた式によって算出したが、それに代え、他のバックステッピング制御アルゴリズムあるいはＰＩＤ制御などを用いても良い。

また、上記においてリフト制御あるいは点火時期制御に簡易型のスライディングモード制御を用いたが、他のスライディングモード制御を用いてもよく、さらには適応制御あるいはＰＩＤ制御などの他の制御アルゴリズムを用いても良い。

また、上記において可変リフト機構、可変位相機構あるいは可変圧縮比機構も、図示のものに限られるものではない。

この発明の第１実施例に係るプラントの制御装置を模式的に示す概略図である。 図１に示すエンジンを動弁系を中心としてより具体的に示す、エンジンの側面図である。 図１に示す可変位相機構を模式的に示す側面図である。 図３に示す可変位相機構の正面図である。 図３に示す可変位相機構の中の電磁ブレーキの構造を模式的に示す正面図である。 図１に示すＥＣＵの動作を示すフロー・チャートである。 図３から図５に示す可変位相機構の電磁ブレーキにおけるブレーキ力Fbrkと電磁石への入力電圧（制御入力。位相指令値）Ucainの特性を示すグラフである。 ２自由度応答指定型制御を特許文献１に示す従来技術に当てはめて得た従来技術に係る制御系の構成を示すブロック図である。 図８に示す制御系で使用されるスケジュールドモデルパラメータの特性を示すグラフである。 図８に示す制御系で使用されるスケジュールドモデルパラメータの補正係数の特性を示すグラフである。 図８に示す制御系により可変位相機構（ＶＴＣ）を制御した結果（シミュレーション結果）を示すタイム・チャートである。 図７に示す特性において電磁石の温度上昇などにより生じたオフセットを示すグラフである。 図８に示す制御系の改良に使用される非線形関数Gnlのテーブル特性を示すグラフである。 図１３に示す非線形関数の特性を補償して線形化（直線化）する値Fnlのテーブル特性を示すグラフである。 図８に示す制御系を改良して得られた制御系の構成を示すブロック図である。 図１５に示す制御系により可変位相機構（ＶＴＣ）を制御した結果（シミュレーション結果）を示すタイム・チャートである。 図１５に示す制御系をさらに改良して得られた制御系の構成を示すブロック図である。 図１７に示す制御系により可変位相機構（ＶＴＣ）を制御した結果（シミュレーション結果）を示すタイム・チャートである。 図１７に示す制御系をさらに改良して得られた制御系の構成を示すブロック図である。 図１９に示す制御系により可変位相機構（ＶＴＣ）を制御した結果（シミュレーション結果）を示すタイム・チャートである。 図６フロー・チャートの可変機構制御のサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図２１フロー・チャートの位相制御などのサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図６フロー・チャートの点火制御のサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 この発明の第２実施例に係るプラントの制御装置の制御系を模式的に示す、図１９と同様のブロック図である。 この発明の第３実施例に係るプラントの制御装置の制御系を模式的に示す、図１９と同様のブロック図である。 図２に示す可変圧縮比機構の油圧機構の制御入力Ucrに対する発生力Fcrの特性を示すグラフである。 図２５の制御系の非線形補償器において使用される非線形テーブルの特性を示すグラフである。

符号の説明

１０ エンジン（内燃機関。プラント）
２０ 吸気バルブ
２２ 燃焼室
４０ 可変リフト機構
４２ 可変位相機構
４４ 可変圧縮比機構
８０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１００ ＳＭＣ（スライディングモードコントローラ）
１０２ 適応外乱オブザーバ
１０４ モデルパラメータスケジューラ
１１０ 線形コントローラ
１１２ 非線形補償器
１１４ 非線形特性適応器
１１４ａ 制御対象モデル

Claims (6)

1. 線形要素と非線形要素とを含んだプラントについて、前記線形要素に基づいた制御アルゴリズムに従って前記プラントの出力を目標値に収束させる仮入力Uslを算出する線形制御器と、前記仮入力と前記プラントの前記非線形要素の特性を相殺するように設定された非線形補償器に基づいて制御入力Ucain, Ucrを算出するプラントの制御装置において、前記線形要素のみから構成される推定モデルによって算出された前記プラントの出力推定値Cain_estと、前記プラントの出力Cainの誤差e_nlとに基づいて前記非線形補償器を修正する修正手段とを備えたことを特徴とするプラントの制御装置。
2. 前記修正手段は、前記推定値Cain_estと前記出力Cainの誤差e_nlがゼロとなるように応答指定型制御アルゴリズムによって前記非線形補償器を修正することを特徴とする請求項１記載のプラントの制御装置。
3. 前記プラントに印加される外乱の推定値c1を算出する手段を備えると共に、前記修正手段は、前記推定値Cain_estを、前記制御入力Ucain，Ucrから前記外乱の推定値c1に関わる項を差し引いた値Uestに基づいて算出することを特徴とする請求項１または２記載のプラントの制御装置。
4. 前記プラントに印加される外乱の推定値c1を算出する手段を備えると共に、前記修正手段は、前記推定値Cain_estを、前記外乱の推定値c1を用いて算出することを特徴とする請求項１または２記載のプラントの制御装置。
5. 前記プラントは、内燃機関の吸気バルブの位相を可変に調整する可変位相機構であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプラントの制御装置。
6. 前記プラントは、内燃機関の圧縮比を調整する可変圧縮比機構であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のプラントの制御装置。

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