JP2011001871A - Control device - Google Patents

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隆弘 飯田
Naohide Murakami
直英 村上
Jin Tomosada
仁 友定
Kenta Ishihara
健太 石原
Hiroshi Enomoto
弘 榎本
Toshiro Itatsu
俊郎 板津
Atsushi Morikawa
淳 森川
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Toyota Motor Corp
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Daihatsu Motor Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device which prevents the occurrence of hunting to be caused when abrupt disturbance occurs.SOLUTION: In this control device for controlling an internal combustion engine or a device incidental to it to let its output to follow a target value r, this control device performs moderating control to the target value rof the output to be controlled or its deviation being referred to by a servo controller and suppresses the fluctuation of an input to be controlled in accordance with fluctuation of the target value r, namely, an amount of operation of an operation part when the control device detects the situation where abrupt disturbance occurs.

Description

本発明は、内燃機関またはそれに付帯する装置を制御する制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for controlling an internal combustion engine or a device attached thereto.

下記特許文献1に開示されている排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation)システムは、過給機を備えた内燃機関のEGR率(または、EGR量)を制御するものである。EGR率と過給圧との間には相互干渉が存在し、一入力一出力のコントローラでEGR率及び吸気管内圧力(または、吸気量)の両方を同時に制御することは難しい。しかも、内燃機関の運転領域によって応答性が異なる上、過給機にはターボラグ(むだ時間)がある。このような事情から、特許文献1に記載のシステムでは、非線形制御対象に対して有効な制御手法であるスライディングモード制御を採用し、相互作用を考慮した多入力多出力のコントローラを設計してEGR制御をしている。   An exhaust gas recirculation system disclosed in Patent Document 1 below controls an EGR rate (or EGR amount) of an internal combustion engine equipped with a supercharger. There is a mutual interference between the EGR rate and the supercharging pressure, and it is difficult to simultaneously control both the EGR rate and the intake pipe pressure (or intake air amount) with a one-input one-output controller. In addition, the responsiveness varies depending on the operation region of the internal combustion engine, and the turbocharger has a turbo lag (dead time). Under such circumstances, the system described in Patent Document 1 employs sliding mode control, which is an effective control method for a non-linear control target, and designs a multi-input multi-output controller that takes into account the interaction. I have control.

スライディングモードコントローラを設計する際には、ノミナルモデルと呼称する特定の状態空間モデルから一つの切換超平面を導き、この超平面に状態を留めることを考える。つまり、オフラインで設計した単一のコントローラを全運転領域に適用する。無論、現実の自動車では運転領域が刻々と変化するが、スライディングモードコントローラはその実際の運転領域とノミナルポイントとの間の誤差(摂動)を外乱として吸収することができる。   When designing a sliding mode controller, it is considered to derive one switching hyperplane from a specific state space model called a nominal model and to keep the state in this hyperplane. That is, a single controller designed off-line is applied to the entire operation region. Of course, in an actual automobile, the driving region changes every moment, but the sliding mode controller can absorb the error (perturbation) between the actual driving region and the nominal point as a disturbance.

とは言え、どのような外乱でも吸収できるわけではない。コントローラの演算周期は0よりも大きく、操作部となるEGRバルブ、可変ターボのノズルベーン等の開閉速度も有限である。所定の演算周期の間にバルブが開閉する幅で吸収することのできる外乱でなければ、抑圧制御できないのである。   That said, not every disturbance can be absorbed. The calculation cycle of the controller is greater than 0, and the opening and closing speeds of the EGR valve, variable turbo nozzle vane, and the like serving as the operation unit are also finite. Unless the disturbance can be absorbed by the width that the valve opens and closes during a predetermined calculation cycle, suppression control cannot be performed.

自動車の加速中はエンジン回転数及び要求燃料噴射量が増加し、排気ターボの仕事量が増す。故に、たとえ操作部を全く開閉操作しなかったとしても、吸気管内圧力が自然に増大する。エンジン回転数及び燃料噴射量を直接参照しないコントローラは、このような吸気管内圧力の変動を外乱として取り扱う。運転者がアクセルを緩め、加速が終了すると、エンジン回転数及び燃料噴射量が減少する。通常、吸気管内圧力の目標値はエンジン回転数及び燃料噴射量に依存しており、加速終了とともにこの目標値は下降する。その上、エンジン回転数及び燃料噴射量が減少すれば、排気ターボの仕事量が衰えるので、吸気管内圧力の急減少も発生する。   During the acceleration of the automobile, the engine speed and the required fuel injection amount increase, and the work of the exhaust turbo increases. Therefore, even if the operation part is not opened / closed at all, the pressure in the intake pipe naturally increases. A controller that does not directly refer to the engine speed and the fuel injection amount treats such fluctuations in the intake pipe pressure as disturbances. When the driver relaxes the accelerator and the acceleration is completed, the engine speed and the fuel injection amount decrease. Usually, the target value of the intake pipe pressure depends on the engine speed and the fuel injection amount, and this target value decreases with the end of acceleration. In addition, if the engine speed and the fuel injection amount are reduced, the work of the exhaust turbocharge is reduced, so that a sudden decrease in the intake pipe pressure also occurs.

結果、目標値下降に対応する操作部の開閉に起因した吸気管内圧力の低下に、エンジン回転数及び燃料噴射量の減少に起因した急激な外乱としての吸気管内圧力の低下が加わる。そして、吸気管内圧力が大きく落ち込むアンダーシュート、その後の反動で大きく跳ね上がるオーバーシュートが生じ、上下動を繰り返すハンチング状態に陥るおそれがあった。吸気管内圧力のハンチングは、協調制御しているEGR率のハンチング、並びに各バルブの開度のハンチングを引き起こし、ドライバビリティの低下や排気ガスの悪化等につながるため、決して好ましくない。   As a result, a decrease in the intake pipe pressure as an abrupt disturbance due to a decrease in the engine speed and the fuel injection amount is added to the decrease in the intake pipe pressure caused by the opening / closing of the operation unit corresponding to the target value decrease. Then, an undershoot in which the pressure in the intake pipe drops greatly, and an overshoot that jumps up greatly in the subsequent reaction, which may cause a hunting state in which the vertical movement is repeated. Hunting of the intake pipe pressure is not preferable because it causes hunting of the EGR rate that is coordinated and hunting of the opening of each valve, leading to a decrease in drivability and deterioration of exhaust gas.

特開2007−032462号公報JP 2007-032462 A

上述の問題に初めて着目してなされた本発明は、急激な外乱の発生時に引き起こされるハンチングを予防可能とすることを所期の目的としている。   The present invention, which has been made by paying attention to the above-mentioned problem for the first time, is intended to be able to prevent hunting caused when a sudden disturbance occurs.

本発明では、内燃機関またはこれに付帯する装置に係る制御出力を目標値に追従させる制御を実施するものであって、制御出力とその目標値との偏差に基づいて制御入力を反復的に演算するサーボコントローラと、前記制御出力に関連する(観測方程式(出力方程式)を介して制御出力と関連を持つ)プラントの状態量の実際の値と、前記制御入力をプラントのモデルに代入して算出される状態量の計算上の値との差分の単位時間当たり変化量が所定の閾値を越えるという条件を少なくとも含むハンチング条件が成立したときに、サーボコントローラが参照する制御出力の目標値または偏差をなまし処理する目標補正部とを具備することを特徴とする制御装置を構成した。   In the present invention, the control output related to the internal combustion engine or the device attached thereto is controlled to follow the target value, and the control input is repeatedly calculated based on the deviation between the control output and the target value. Servo controller, and the actual value of the state quantity of the plant related to the control output (related to the control output via the observation equation (output equation)) and the control input are substituted into the plant model and calculated The target value or deviation of the control output referred to by the servo controller when a hunting condition including at least the condition that the amount of change per unit time of the difference from the calculated value of the state quantity exceeds a predetermined threshold is established A control device is provided that includes a target correction unit that performs annealing.

即ち、急激な外乱が発生する状況を察知した場合に、制御対象となる制御出力の目標値またはその偏差をなまし処理し、目標値の変動に伴う制御入力の変動、換言すれば操作部の操作量を抑制するようにしたのである。これにより、急激な外乱の発生時に引き起こされるハンチングの予防が可能となる。   That is, when a situation in which a sudden disturbance occurs is detected, the target value of the control output to be controlled or its deviation is smoothed, and the control input fluctuation due to the target value fluctuation, in other words, the operation unit The operation amount was suppressed. This makes it possible to prevent hunting caused when a sudden disturbance occurs.

特に、ターボ過給機を備えた内燃機関を制御するものであり、前記制御出力に吸気管内圧力または吸気量が含まれている制御系では、例えば加速終了後の一時期において、吸気管内圧力または吸気量の目標値をなまし処理する。つまり、加速終了後は外乱として過給圧が自然に低下するので、そのことを利用して、敢えて操作部を操作することなしに吸気管内圧力または吸気量を低減制御するのである。   In particular, in a control system that controls an internal combustion engine equipped with a turbocharger and includes the intake pipe pressure or intake air amount in the control output, the intake pipe pressure or intake Smooth the target value of quantity. That is, since the supercharging pressure naturally decreases as a disturbance after the end of acceleration, the intake pipe pressure or the intake air amount is controlled to be reduced without operating the operating unit.

内燃機関またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と、前記制御出力の目標値との関係を定めたマップを予め記憶し、前記指標値をキーとして当該マップを検索することを通じて前記制御出力の目標値を知得するものであれば、コントローラで吸収可能な程度の外乱は指標値に対応した目標値の設定によって制御できる。吸収不可能な急激な外乱に対してのみ、指標値に応じて上下する目標値になまし処理を施し、ハンチングを抑止する。   A map that defines a relationship between an index value related to the current status of the internal combustion engine or the device attached thereto and a target value of the control output is stored in advance, and the control output is obtained by searching the map using the index value as a key. As long as the target value is known, the disturbance that can be absorbed by the controller can be controlled by setting the target value corresponding to the index value. Only for sudden disturbances that cannot be absorbed, the target value that rises and falls according to the index value is subjected to a smoothing process to suppress hunting.

前記指標値に、内燃機関の回転数及び燃料噴射量(または、要求負荷)が含まれており、前記ハンチング条件に、内燃機関の回転数及び燃料噴射量がともに減少傾向にあることが含まれているものであれば、加速終了後における吸気管内圧力または吸気量の制御を好適に実施し得る。   The index value includes the number of revolutions of the internal combustion engine and the fuel injection amount (or required load), and the hunting condition includes that both the number of revolutions of the internal combustion engine and the fuel injection amount tend to decrease. If so, control of the intake pipe pressure or intake air amount after the end of acceleration can be suitably performed.

前記ハンチング条件に、アクセル踏み込み量が減少傾向にあることを追加してもよい。アクセル踏み込み量の減少は、車速の低下、エンジン回転数の低下をもたらし、やはり外乱要因となるからである。   It may be added to the hunting condition that the accelerator depression amount tends to decrease. This is because a decrease in the accelerator depression amount results in a decrease in vehicle speed and a decrease in engine speed, which is also a disturbance factor.

本発明によれば、急激な外乱の発生時に引き起こされるハンチングを予防することが可能になる。   According to the present invention, it is possible to prevent hunting caused when a sudden disturbance occurs.

本発明の一実施形態におけるEGRシステムのハードウェア資源構成図。The hardware resource block diagram of the EGR system in one Embodiment of this invention. 同実施形態の制御装置の構成説明図。Configuration explanatory drawing of the control apparatus of the embodiment. 同実施形態の適応スライディングモードコントローラのブロック線図。The block diagram of the adaptive sliding mode controller of the embodiment. 同実施形態の目標補正部のブロック線図。The block diagram of the target correction | amendment part of the embodiment. 自動車の車速と吸気管内圧力及びその外乱との相関を示すチャート。The chart which shows the correlation with the vehicle speed of a motor vehicle, the pressure in an intake pipe, and its disturbance. 外乱によって引き起こされるハンチングの模様を示すチャート。The chart which shows the pattern of hunting caused by disturbance. 吸気管内圧力の目標値のなまし処理を例示するチャート。The chart which illustrates the smoothing process of the target value of the intake pipe pressure. 同実施形態の制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the process which the control apparatus of the embodiment performs.

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に示すものは、本発明の適用対象の一であるEGRシステムである。内燃機関2に付帯するこのEGRシステムは、吸排気系3、4における複数の流体圧または流量に関する値を検出するための計測器11、12と、それらの値に目標値を設定し、各値を目標値に追従させるべく複数の操作部45、42、33を操作する制御装置たるECU(Electronic Control Unit)5とを具備してなる。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. What is shown in FIG. 1 is an EGR system that is one of the objects to which the present invention is applied. The EGR system incidental to the internal combustion engine 2 includes measuring devices 11 and 12 for detecting values related to a plurality of fluid pressures or flow rates in the intake and exhaust systems 3 and 4, and setting target values to these values. ECU (Electronic Control Unit) 5 which is a control device for operating a plurality of operation units 45, 42, 33 in order to follow the target value.

内燃機関2は、例えば過給機を備えたディーゼルエンジンである。内燃機関2の吸気系3には、可変ターボのコンプレッサ31を配設するとともに、その下流に吸気冷却用のインタークーラ32、及び新気量を調節するDスロットルバルブ33を設ける。また、新気量を計測する流量計11、吸気管内圧力を計測する圧力計12をそれぞれ設置する。   The internal combustion engine 2 is a diesel engine equipped with a supercharger, for example. The intake system 3 of the internal combustion engine 2 is provided with a variable turbo compressor 31 and an intercooler 32 for intake air cooling and a D throttle valve 33 for adjusting the amount of fresh air downstream thereof. In addition, a flow meter 11 that measures the amount of fresh air and a pressure meter 12 that measures the pressure in the intake pipe are installed.

内燃機関2の排気系4には、コンプレッサ31を駆動するタービン41を配設し、タービン41の入口には過給機のA/R比を増減させるためのノズルベーン42を設ける。そして、内燃機関2の燃焼室より排出される排気ガスの一部を吸気系3に還流させるEGR通路43を形成する。EGR通路43は、吸気系3におけるスロットルバルブ33よりも下流に接続する。EGR通路43には、排気冷却用のEGRクーラ44と、通過する排気ガス(EGRガス)量を調節する外部EGRバルブ45とを設ける。   A turbine 41 for driving the compressor 31 is disposed in the exhaust system 4 of the internal combustion engine 2, and a nozzle vane 42 for increasing or decreasing the A / R ratio of the supercharger is provided at the inlet of the turbine 41. Then, an EGR passage 43 for recirculating a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine 2 to the intake system 3 is formed. The EGR passage 43 is connected downstream of the throttle valve 33 in the intake system 3. The EGR passage 43 is provided with an EGR cooler 44 for cooling the exhaust, and an external EGR valve 45 that adjusts the amount of exhaust gas (EGR gas) that passes therethrough.

本実施形態では、EGR率(または、EGR量)と、吸気管内圧力(または、吸気量)とについて各々目標値を設定し、双方の制御量を一括に目標値に向かわせるべく複数の操作部、即ちEGRバルブ45、可変ターボのノズル42及びスロットルバルブ33を操作する制御を実施する。   In the present embodiment, a target value is set for each of the EGR rate (or EGR amount) and the intake pipe pressure (or intake air amount), and a plurality of operation units are set so that both control amounts are directed toward the target value. That is, control for operating the EGR valve 45, the variable turbo nozzle 42 and the throttle valve 33 is performed.

EGRバルブ45、ノズルベーン42、スロットルバルブ33は、ECU5により統御されてその開度をリニアに変化させる。各操作部45、42、33は、駆動信号のデューティ比を増減させることで開度を変える電気式のバルブや、あるいはバキュームコントロールバルブ等と組み合わされ弁体のリフト量を制御して開度を変える機械式のバルブ等を用いてなる。   The EGR valve 45, the nozzle vane 42, and the throttle valve 33 are controlled by the ECU 5 to change their opening degrees linearly. Each operation unit 45, 42, 33 is combined with an electric valve that changes the opening by increasing or decreasing the duty ratio of the drive signal, or a vacuum control valve, etc. It uses mechanical valves that change.

ECU5は、プロセッサ、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)またはフラッシュメモリ、A/D変換回路、D/A変換回路等を包有するマイクロコンピュータである。ECU5は、EGR率及び吸気管内圧力を検出するための計測器11、12の他、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温等を検出する各種計測器(図示せず)と電気的に接続し、これら計測器から出力される信号を受け取って各値を知得することができる。   The ECU 5 is a microcomputer including a processor, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory) or a flash memory, an A / D conversion circuit, a D / A conversion circuit, and the like. In addition to the measuring instruments 11 and 12 for detecting the EGR rate and the pressure in the intake pipe, the ECU 5 detects various measuring instruments for detecting the engine speed, the amount of depression of the accelerator pedal, the cooling water temperature, the intake air temperature, the outside air temperature, etc. (Not shown) can be electrically connected to each other to receive signals output from these measuring instruments to obtain each value.

因みに、本実施形態では、EGR率を直接計測していない。内燃機関2のシリンダに入る空気量は、可変ターボのノズル開度を基に予測することが可能である。その空気量の予測値をgcylとおき、流量計11で計測される新気量をgaとおくと、推定EGR率eegrについて、eegr=1−ga/gcylなる関係が成立する。ECU5のROMまたはフラッシュメモリには予め、可変ターボのノズル開度とシリンダに入る空気量との関係を定めたマップデータが記憶されている。ECU5は、可変ターボのノズル開度をキーとしてマップを検索し、シリンダに入る空気量の予測値を得、これと新気量とを上記式に代入してEGR率を算出する。 Incidentally, in this embodiment, the EGR rate is not directly measured. The amount of air entering the cylinder of the internal combustion engine 2 can be predicted based on the nozzle opening of the variable turbo. The predicted value of the air amount g cyl Distant, if the fresh air amount measured by the flow meter 11 is denoted by g a, the estimated EGR rate e egr, e egr = 1- g a / g cyl the relationship is established To do. The ROM or flash memory of the ECU 5 stores in advance map data that defines the relationship between the variable turbo nozzle opening and the amount of air entering the cylinder. The ECU 5 searches the map using the nozzle opening of the variable turbo as a key, obtains a predicted value of the amount of air entering the cylinder, and substitutes this and the new amount of air into the above formula to calculate the EGR rate.

並びに、ECU5は、EGRバルブ45、可変ターボのノズル42、スロットルバルブ33や、燃料噴射を司るインジェクタ及び燃料ポンプ等(図示せず)と電気的に接続しており、これらを駆動するための信号を入力することができる。   In addition, the ECU 5 is electrically connected to the EGR valve 45, the variable turbo nozzle 42, the throttle valve 33, an injector for controlling fuel injection, a fuel pump, and the like (not shown), and signals for driving them. Can be entered.

ECU5で実行するべきプログラムはROMまたはフラッシュメモリに予め記憶されており、その実行の際にRAMへ読み込まれ、プロセッサによって解読される。ECU5は、プログラムに従い内燃機関2を制御する。例えば、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温等の諸条件に基づき要求される燃料噴射量(いわば、エンジン負荷)を決定し、その要求噴射量に対応する駆動信号をインジェクタ等に入力して燃料噴射を制御する。その上で、ECU5は、プログラムに従い、図2ないし図4に示すサーボコントローラ51及び目標補正部52としての機能を発揮する。   A program to be executed by the ECU 5 is stored in advance in a ROM or a flash memory, and is read into the RAM at the time of execution and is decoded by the processor. The ECU 5 controls the internal combustion engine 2 according to a program. For example, the required fuel injection amount (in other words, engine load) is determined based on various conditions such as engine speed, accelerator pedal depression amount, and coolant temperature, and a drive signal corresponding to the required injection amount is input to an injector or the like. And control the fuel injection. The ECU 5 then functions as the servo controller 51 and the target correction unit 52 shown in FIGS. 2 to 4 according to the program.

サーボコントローラ51は、スライディングモードコントローラであって、EGR率及び吸気管内圧力のスライディングモード制御を担う。フィードバック制御時、ECU5は、各種計測器(図示せず)が出力する信号を受け取ってエンジン回転数、アクセル踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温及び気圧等を知得し、要求噴射量を決定する。続いて、少なくともエンジン回転数及び要求噴射量に基づき、目標EGR率及び目標吸気管内圧力を設定する。ECU5のROMまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべき各目標値を示すマップデータが記憶されている。ECU5は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索し、EGR率及び吸気管内圧力の目標値を得る。さらに、マップを参照して得た目標値を基本値とし、これを冷却水温、吸気温、外部の気温や気圧等に応じて補正して最終的な目標値とする。   The servo controller 51 is a sliding mode controller and is responsible for the sliding mode control of the EGR rate and the intake pipe pressure. During feedback control, the ECU 5 receives signals output from various measuring instruments (not shown), and knows the engine speed, accelerator depression amount, cooling water temperature, intake air temperature, external temperature and pressure, etc., and the required injection amount To decide. Subsequently, the target EGR rate and the target intake pipe pressure are set based on at least the engine speed and the required injection amount. The ROM or flash memory of the ECU 5 stores in advance map data indicating each target value to be set according to the engine speed and the required injection amount. The ECU 5 searches the map using the engine speed and the required injection amount as keys, and obtains target values for the EGR rate and the intake pipe pressure. Further, the target value obtained by referring to the map is set as a basic value, and this is corrected according to the cooling water temperature, the intake air temperature, the outside air temperature, the atmospheric pressure, and the like to obtain the final target value.

そして、ECU5は、計測器11、12が出力する信号を受け取ってEGR率及び吸気管内圧力の現在値を知得し、各制御量の現在値と目標値との偏差からEGRバルブ45の開度、可変ターボのノズル42の開度及びスロットルバルブ33の開度を演算して、各々の操作量に対応する駆動信号をそれら操作部45、42、33に入力、開度を操作する。   Then, the ECU 5 receives signals output from the measuring instruments 11 and 12 to obtain the current values of the EGR rate and the intake pipe pressure, and the opening of the EGR valve 45 from the deviation between the current value of each control variable and the target value. Then, the opening degree of the variable turbo nozzle 42 and the opening degree of the throttle valve 33 are calculated, and a drive signal corresponding to each operation amount is input to the operation units 45, 42, 33 to operate the opening degree.

EGR率の適応スライディングモード制御に関して補記する。状態方程式及び出力方程式は、下式(数1)の通りである。   A supplementary explanation will be given regarding adaptive sliding mode control of the EGR rate. The state equation and the output equation are as shown in the following equation (Equation 1).

Figure 2011001871
Figure 2011001871

本実施形態では、状態量ベクトルXを出力ベクトルYから直接知得できる構造とする、換言すれば計測器11、12を介して検出可能な値を直接の制御対象とすることにより、状態推定オブザーバを排して推定誤差に伴う制御性能の低下を予防している。出力行列Cは既知、本実施形態では単位行列とする。   In this embodiment, the state quantity vector X has a structure that can be directly obtained from the output vector Y. In other words, a value that can be detected via the measuring instruments 11 and 12 is directly controlled, so that the state estimation observer. This prevents the deterioration of the control performance due to the estimation error. The output matrix C is known, and is a unit matrix in this embodiment.

プラントのモデル化、即ち状態方程式(数1)における係数行列A及び入力行列Bの同定にあたっては、各操作部45、42、33に様々な周波数からなるM系列信号を入力して開度を操作し、EGR率及び吸気管内圧力の値を観測して、その入出力データから行列A、Bを同定する。各操作部45、42、33に入力するM系列信号は、互いに無相関なものとする。これにより、各値の相互干渉を考慮したモデルを作成することができる。   In plant modeling, that is, identification of the coefficient matrix A and the input matrix B in the state equation (Equation 1), the opening degree is manipulated by inputting M-sequence signals having various frequencies to the operation units 45, 42, and 33. Then, the values of the EGR rate and the intake pipe pressure are observed, and the matrices A and B are identified from the input / output data. It is assumed that the M-sequence signals input to the operation units 45, 42, and 33 are uncorrelated with each other. This makes it possible to create a model that takes into account the mutual interference between the values.

図3に、本実施形態の適応スライディングモード制御系のブロック線図を示す。スライディングモードコントローラ51の設計手順には、切換超平面の設計と、状態量を切換超平面に拘束するための非線形切換入力の設計とが含まれる。1形のサーボ系を構成するべく、当初の状態量ベクトルXに、目標値ベクトルRと出力ベクトルYとの偏差の積分値ベクトルZを付加した新たな状態量ベクトルXeを定義すると、下式(数2)に示す拡大系の状態方程式を得る。 FIG. 3 shows a block diagram of the adaptive sliding mode control system of the present embodiment. The design procedure of the sliding mode controller 51 includes the design of the switching hyperplane and the design of a nonlinear switching input for constraining the state quantity to the switching hyperplane. If a new state quantity vector Xe is defined by adding an integral value vector Z of the deviation between the target value vector R and the output vector Y to the original state quantity vector X in order to constitute a type 1 servo system, The equation of state of the expanded system shown in (Expression 2) is obtained.

Figure 2011001871
Figure 2011001871

安定余裕を考慮し、切換超平面の設計にはシステムの零点を用いた設計手法を用いる。即ち、上式(数2)の拡大系がスライディングモードを生じているときの等価制御系が安定となるように超平面を設計する。切換関数σを式(数3)で定義すると、状態が超平面に拘束されている場合にσ=0かつ式(数4)が成立する。   In consideration of the stability margin, the design method using the zero of the system is used to design the switching hyperplane. That is, the hyperplane is designed so that the equivalent control system is stable when the expansion system of the above equation (Equation 2) is generating the sliding mode. When the switching function σ is defined by Expression (Expression 3), σ = 0 and Expression (Expression 4) holds when the state is constrained to the hyperplane.

Figure 2011001871
Figure 2011001871

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故に、スライディングモードが生じているときの線形入力(等価制御入力)は、下式(数5)となる。   Therefore, the linear input (equivalent control input) when the sliding mode occurs is expressed by the following equation (Equation 5).

Figure 2011001871
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上式(数5)の線形入力を拡大系の状態方程式(数2)に代入すると、下式(数6)の等価制御系となる。   Substituting the linear input of the above equation (Equation 5) into the state equation (Equation 2) of the expanded system results in an equivalent control system of the following equation (Equation 6).

Figure 2011001871
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この等価制御系が安定になるように超平面を設計することと、目標値Rを無視した系に対して設計することとは等価であるので、下式(数7)が成立する。   Since designing a hyperplane so that this equivalent control system is stable is equivalent to designing a system ignoring the target value R, the following equation (Equation 7) holds.

Figure 2011001871
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上式(数7)の系に対して安定度εを考慮し、最適制御理論を用いてフィードバックゲインを求め、それを超平面とすると、下式(数8)となる。   Taking the stability ε into consideration for the system of the above equation (Equation 7), obtaining the feedback gain using the optimal control theory, and making it a hyperplane, the following equation (Equation 8) is obtained.

Figure 2011001871
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行列Psは、リカッチ方程式(数9)の正定解である。 The matrix P s is a positive definite solution of the Riccati equation (Equation 9).

Figure 2011001871
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リカッチ方程式(数9)におけるQsは制御目的の重み行列で、非負定な対称行列である。q1、q2は偏差の積分Zに対する重みであり、制御系の周波数応答の速さの違いにより決定する。q3、q4は出力Yに対する重みであり、ゲインの大きさの違いにより決定する。また、リカッチ方程式(数9)におけるRsは制御入力の重み行列で、正定対称行列である。εは安定余裕係数で、ε≧0となるように指定する。 Q s in the Riccati equation (Equation 9) is a weight matrix for control purposes, and is a non-negative definite symmetric matrix. q 1 and q 2 are weights for the integral Z of the deviation, and are determined by the difference in the speed of the frequency response of the control system. q 3 and q 4 are weights for the output Y, and are determined by the difference in the magnitude of the gain. Further, R s in the Riccati equation (Equation 9) is a weight matrix of the control input and is a positive definite symmetric matrix. ε is a stability margin coefficient and is specified so that ε ≧ 0.

なお、上記式(数8)、(数9)に替えて、以下に示す離散系の超平面構築式(数10)及び代数リカッチ方程式(数11)を用いてもよい。   Instead of the above equations (Equation 8) and (Equation 9), the following discrete hyperplane construction equation (Equation 10) and algebraic Riccati equation (Equation 11) may be used.

Figure 2011001871
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Figure 2011001871
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超平面に拘束するための入力の設計には、最終スライディングモード法を用いる。ここでは、制御入力Uを、線形入力Ueqと新たな入力即ち非線形入力(非線形制御入力)Unlとの和として、下式(数12)で表す。 The final sliding mode method is used to design the input for constraining to the hyperplane. Here, the control input U is expressed by the following expression (Equation 12) as the sum of the linear input U eq and a new input, that is, a nonlinear input (nonlinear control input) U nl .

Figure 2011001871
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切換関数σを安定させたいので、σについてのリアプノフ関数を下式(数13)のように選び、これを微分すると式(数14)となる。   Since it is desired to stabilize the switching function σ, the Lyapunov function for σ is selected as shown in the following equation (Equation 13) and differentiated to obtain the equation (Equation 14).

Figure 2011001871
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式(数12)を式(数14)に代入すると、下式(数15)となる。   Substituting the equation (Equation 12) into the equation (Equation 14) yields the following equation (Equation 15).

Figure 2011001871
Figure 2011001871

非線形入力Unlを下式(数16)とすると、リアプノフ関数の微分は式(数17)となる。 When the nonlinear input U nl to the following expression (Expression 16), the derivative of the Lyapunov function becomes equation (17).

Figure 2011001871
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Figure 2011001871
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従って、切換ゲインkを正とすれば、リアプノフ関数の微分値を負とすることができ、スライディングモードが保証される。このときの制御入力Uは、下式(数18)である。   Therefore, if the switching gain k is positive, the differential value of the Lyapunov function can be negative, and the sliding mode is guaranteed. The control input U at this time is expressed by the following equation (Equation 18).

Figure 2011001871
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ηはチャタリング低減のために導入した平滑化係数であって、η>0である。   η is a smoothing coefficient introduced to reduce chattering, and η> 0.

スライディングモード制御では、状態量を超平面に拘束するために非線形ゲインを大きくする必要がある。だが、非線形ゲインを大きくすると、制御入力にチャタリングが発生する。そこで、モデルの不確かさを、構造が既知でパラメータが未知な確定部分と、構造が未知だがその上界値が既知な不確定部分とに分ける。状態方程式(数1)に不確かさ(f+Δf)を加え、下式(数19)で表す。   In the sliding mode control, it is necessary to increase the nonlinear gain in order to constrain the state quantity to the hyperplane. However, if the nonlinear gain is increased, chattering occurs in the control input. Therefore, the uncertainty of the model is divided into a definite part whose structure is unknown and whose parameter is unknown, and an uncertain part whose structure is unknown but whose upper bound is known. Uncertainty (f + Δf) is added to the state equation (Equation 1), and is expressed by the following equation (Equation 19).

Figure 2011001871
Figure 2011001871

不確かさの確定部分fは、未知パラメータθを同定することで補償される。さすれば、切換ゲインは不確かさの不確定部分Δfのみにかかることとなり、切換ゲインが不確実成分全体(f+Δf)にかかる場合と比べて制御入力のチャタリングを大幅に低減できる。   The uncertainty determination part f is compensated by identifying the unknown parameter θ. In this case, the switching gain is applied only to the uncertain part Δf of the uncertainty, and the chattering of the control input can be greatly reduced as compared with the case where the switching gain is applied to the entire uncertain component (f + Δf).

制御入力Uは、式(数18)に適応項Uadを追加した下式(数20)となる。 The control input U is represented by the following equation (Equation 20) obtained by adding the adaptive term U ad to the equation (Equation 18).

Figure 2011001871
Figure 2011001871

制御入力(数20)におけるΓ1は、適応ゲイン行列である。関数hは、一般には状態量x及び/または未知パラメータθの関数とするが、本実施形態ではhをx及びθに無関係な単純式、定数とすることにより、xを速やかに収束させ、θの適応速度を高めるようにしている。特に、h=1とした場合、推定パラメータを下式(数21)に則って同定することができる。 Γ 1 at the control input (Equation 20) is an adaptive gain matrix. The function h is generally a function of the state quantity x and / or the unknown parameter θ. However, in the present embodiment, by making h a simple expression and a constant unrelated to x and θ, x is quickly converged, and θ To increase the adaptation speed. In particular, when h = 1, the estimated parameter can be identified according to the following equation (Equation 21).

Figure 2011001871
Figure 2011001871

本実施形態では、EGR率y1及び吸気管内圧力y2を制御出力変数とし、EGRバルブ45の開度u1、可変ターボのノズル42の開度u2及びスロットルバルブ33の開度u3を制御入力変数とした3入力2出力のフィードバック制御を行う。状態変数の個数(システムの次数)は、当初の系(数1)では出力変数の個数と同じく2、拡大系(数2)では4となる。制御出力及び状態量をこのように特定することで、排気ガスに直接触れる箇所に流量計等の計測器を設置する必要がなくなる。 In the present embodiment, the EGR ratio y 1 and the intake pipe pressure y 2 as a control output variable, the opening degree u 1 of the EGR valve 45, the opening degree u 3 of opening u 2 and the throttle valve 33 of the variable turbo nozzle 42 Performs 3-input 2-output feedback control using control input variables. The number of state variables (system order) is 2 in the initial system (Equation 1), and 4 in the expanded system (Equation 2). By specifying the control output and the state quantity in this way, there is no need to install a measuring instrument such as a flow meter at a location where it directly contacts the exhaust gas.

尤も、本実施形態のような3入力2出力のシステムでは、det(SBe)=0が成立し、行列(SBe)は正則とはならない。そこで、逆行列(SBe-1を、一般化逆行列として算定する。一般化逆行列には、例えばムーア・ペンローズ型の逆行列(SBeを用いる。 However, in a three-input two-output system as in this embodiment, det (SB e ) = 0 holds, and the matrix (SB e ) is not regular. Therefore, the inverse matrix (SB e ) −1 is calculated as a generalized inverse matrix. As the generalized inverse matrix, for example, a Moore-Penrose-type inverse matrix (SB e ) is used.

既に述べた通り、スライディングモードコントローラ51を設計する際には、ある特定の運転領域、即ちある特定のエンジン回転数及び要求燃料噴射量(要求負荷)の下における内燃機関2のモデル(行列A、B)を同定し、そのノミナルモデルから状態方程式(数2)を得て切換超平面Sを導く。現実の自動車では運転領域が刻々と変化するが、スライディングモードコントローラは実際の運転領域とノミナルポイントとの間の摂動を外乱として吸収することができる。   As already described, when the sliding mode controller 51 is designed, a model (matrix A, matrix A) of the internal combustion engine 2 under a specific operating region, that is, a specific engine speed and a required fuel injection amount (required load). B) is identified, the state equation (Equation 2) is obtained from the nominal model, and the switching hyperplane S is derived. In an actual automobile, the driving region changes every moment, but the sliding mode controller can absorb the perturbation between the actual driving region and the nominal point as a disturbance.

外乱の存在する系を下式(数22)のように定義する。   A system in which a disturbance exists is defined as in the following equation (Equation 22).

Figure 2011001871
Figure 2011001871

h(x,t)は、システムの不確かさと非線形性とを含む関数であるとする。   It is assumed that h (x, t) is a function including system uncertainty and nonlinearity.

超平面に拘束される場合、下式(数23)が成立する。   When constrained to a hyperplane, the following equation (Equation 23) holds.

Figure 2011001871
Figure 2011001871

上式(数23)から等価制御入力Ueqを求めると、下式(数24)となる。 When the equivalent control input U eq is obtained from the above equation (Equation 23), the following equation (Equation 24) is obtained.

Figure 2011001871
Figure 2011001871

スライディングモードが生じているならば、等価制御入力(数24)を式(数22)に代入した下式(数25)が成立する。   If the sliding mode occurs, the following equation (Equation 25) is established by substituting the equivalent control input (Equation 24) into Equation (Equation 22).

Figure 2011001871
Figure 2011001871

そして、外乱hが入力行列Beのレンジスペースに存在する(h(x,t)⊂Range(Be))ならば、下式(数26)のマッチング条件に表現できる。 Then, can be expressed in the matching condition of the disturbance h is present in the range space of the input matrix B e (h (x, t ) ⊂Range (B e)) , then the following expression (Expression 26).

Figure 2011001871
Figure 2011001871

式(数26)を式(数25)に代入すると、下式(数27)が成立して、λの項が消滅する。   By substituting equation (Equation 26) into equation (Equation 25), the following equation (Equation 27) holds and the term of λ disappears.

Figure 2011001871
Figure 2011001871

つまり、スライディングモードが生じている限り、外乱の影響はなくなる。   In other words, as long as the sliding mode occurs, the influence of disturbance is eliminated.

しかして、目標補正部52は、所定のハンチング条件が成立したときに、スライディングモードコントローラ51が参照する吸気管内圧力の目標値r2をなまし処理する。 Thus, the target correction unit 52, when a predetermined hunting condition is satisfied, processing moderation target value r 2 of the intake pipe pressure by the sliding mode controller 51 refers to.

ハンチング条件とは、急激な外乱が発生して制御入力X及び制御出力Yのハンチングを引き起こすおそれのある状況を察知するための基準である。本実施形態では、以下の四つの条件をハンチング条件に定めており、これら四つの条件が全て成立したと判定したときに目標値のなまし処理を実行開始する。
1)h(または、Beλ)の絶対値が所定閾値を上回っている
2)エンジン回転数が低下傾向にある
3)要求燃料噴射量が低下傾向にある
4)アクセルペダルの踏み込み量が低下傾向にある
式(数22)からも明らかなように、hは、実際のプラントの状態量Xeと、コントローラ51が算出した制御入力Uをプラントのモデルに代入して算出される計算上の状態量Xeとの差分を時間微分したもの(即ち、当該差分の単位時間当たり変化量)である。状態量Xe=[xe1,xe2,xe3,xe4Tにおいて、xe1はEGR率の偏差(r1−y1)の時間積分z1、xe2は吸気管内圧力の偏差(r2−y2)の時間積分z2、xe3はEGR率y1、xe4は吸気管内圧力y2である。同様に、外乱h=[h1,h2,h3,h4Tにおいて、h4は吸気管内圧力y2に係る外乱である。このh4は、吸気管内圧力y2の実測値から、コントローラ51が算出した制御入力Uをプラントのモデルに代入して算出される吸気管内圧力y2の計算値を減じたものに等しくなる。
The hunting condition is a reference for detecting a situation in which a sudden disturbance may occur to cause hunting of the control input X and the control output Y. In the present embodiment, the following four conditions are defined as hunting conditions, and when it is determined that all four conditions are satisfied, the target value smoothing process is started.
1) The absolute value of h (or B e λ) exceeds a predetermined threshold value 2) The engine speed tends to decrease 3) The required fuel injection amount tends to decrease 4) The accelerator pedal depression amount decreases As is apparent from the equation (Equation 22) in the trend, h is a computational value calculated by substituting the actual plant state quantity Xe and the control input U calculated by the controller 51 into the plant model. the difference between the state quantity X e obtained by differentiating the time (i.e., the unit of the difference time per variation) is. In the state quantity X e = [x e1 , x e2 , x e3 , x e4 ] T , x e1 is the time integral z 1 of the deviation of the EGR rate (r 1 −y 1 ), and x e2 is the deviation of the intake pipe pressure ( r 2 −y 2 ), the time integral z 2 , x e3 is the EGR rate y 1 , and x e4 is the intake pipe pressure y 2 . Similarly, in the disturbance h = [h 1 , h 2 , h 3 , h 4 ] T , h 4 is a disturbance related to the intake pipe pressure y 2 . The h 4 from the measured value of the intake pipe pressure y 2, equal to minus the calculated value of the intake pipe pressure y 2 controller 51 is calculated by substituting the control input U, which is calculated on the plant model.

図5に、内燃機関2を搭載した自動車の車速の変化と吸気管内圧力の変動との相関を実験的に確認した結果を示す。図5に表示している期間では、操作部45、42、33を一切操作していない。にもかかわらず、吸気管内圧力y2は増減している。特に、加速終了時に、吸気管内圧力y2は急激な落ち込みを見せる。外乱h4もまた、この加速終了時に顕著に増大している。吸気管内圧力y2の急激な落ち込みは、排気ターボの仕事量の衰えが主因であると考えられる。 FIG. 5 shows the result of experimentally confirming the correlation between the change in the vehicle speed of the automobile equipped with the internal combustion engine 2 and the fluctuation in the intake pipe pressure. During the period displayed in FIG. 5, the operation units 45, 42, and 33 are not operated at all. Nevertheless, the intake pipe pressure y 2 increases and decreases. In particular, at the end of acceleration, the intake pipe pressure y 2 shows a sharp drop. The disturbance h 4 also increases significantly at the end of this acceleration. It is considered that the sudden drop in the intake pipe pressure y 2 is mainly caused by a decline in the work of the exhaust turbo.

図6に、加速終了時に生起するハンチングの模様を示す。加速が終了すると、エンジン回転数及び燃料噴射量が減少し、それに伴い吸気管内圧力の目標値r2も下降する。コントローラ51は、下降する目標値r2に吸気管内圧力y2を追従させるべく操作部45、42、33を操作する。しかしながら、同時に発生する急激な外乱が加わることにより、吸気管内圧力y2は目標値r2を遙かに下回ってアンダーシュートし、さらに、反動で大きく跳ね上がるオーバーシュートに転じて、その後上下動を繰り返すハンチング状態に陥る。そして、吸気管内圧力y2のハンチングが契機となって、協調制御しているEGR率y1のハンチング、並びに各操作部45、42、33の開度u1、u2、u3のハンチングが勃発してしまうのである。 FIG. 6 shows a pattern of hunting that occurs at the end of acceleration. When the acceleration ends, the engine speed and the fuel injection amount decrease, and the target value r 2 of the intake pipe pressure also decreases accordingly. The controller 51 operates the operating unit 45,42,33 in order to follow the intake pipe pressure y 2 to the target value r 2 descending. However, due to the sudden disturbance that occurs at the same time, the intake pipe pressure y 2 is far below the target value r 2 and undershoots, and then turns into an overshoot that jumps greatly by reaction, and then repeats vertical movement. Hunting state. Then, the hunting of the intake pipe pressure y 2 triggers the hunting of the EGR rate y 1 that is cooperatively controlled, and the hunting of the openings u 1 , u 2 , u 3 of the operation units 45, 42, 33. It breaks out.

上述の如きハンチングを予防するべく、目標補正部52は、目標値r2になまし処理を加えて、目標値r2の下降を実効的に遅らせる。なまし処理は、例えば目標値r2の移動平均をとることによって行う。エンジン回転数及び燃料噴射量等を基にして設定される本来の目標値をr2i(添字iはECU5の演算サイクルを表す)とおくと、直近の過去n回の演算サイクルにおける本来の目標値r2iから、コントローラ51に与える目標値r2’を下式(数28)に則って算定することができる。 In order to prevent the above such hunting of the target correction unit 52, in addition to moderation to the target value r 2 process, delaying the descent of the target value r 2 effectively. Smoothing process is carried out by taking for example the moving average of the target value r 2. If the original target value set based on the engine speed, the fuel injection amount, etc. is r 2i (subscript i represents the calculation cycle of the ECU 5), the original target value in the last n previous calculation cycles is assumed. From r 2i , the target value r 2 ′ given to the controller 51 can be calculated according to the following equation (Equation 28).

Figure 2011001871
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目標値r2をなまし処理した例を、図7に示す。但し、このような単純移動平均フィルタではなく、加重平均フィルタやローパスフィルタ等を用いて目標値r2のなまし処理を実行してもよい。また、目標値r2ではなく、コントローラ51に与える吸気管内圧力の偏差(r2−y2)をなまし処理するようにしても、所期の目的を達成することが可能である。 An example in which the target value r 2 is smoothed is shown in FIG. However, the target value r 2 may be smoothed using a weighted average filter, a low-pass filter, or the like instead of such a simple moving average filter. Further, the intended purpose can be achieved by smoothing the deviation (r 2 −y 2 ) of the intake pipe pressure applied to the controller 51 instead of the target value r 2 .

図8に、本実施形態の制御装置が実行する処理の手順例を示す。制御装置は、コントローラ51が算出した制御入力Uをプラントのモデルに代入して得られる吸気管内圧力y2の計算上の値を算出し(ステップS1)、この値を吸気管内圧力y2の実測値から減算して外乱h4を知得する(ステップS2)。そして、外乱h4の絶対値が所定閾値を上回っているか否かを判定する(ステップS3)。 FIG. 8 shows a procedure example of processing executed by the control device of the present embodiment. The control device calculates a calculated value of the intake pipe pressure y 2 obtained by substituting the control input U calculated by the controller 51 into the model of the plant (step S1), and this value is actually measured for the intake pipe pressure y 2 . The disturbance h 4 is obtained by subtraction from the value (step S2). Then, it is determined whether or not the absolute value of the disturbance h 4 exceeds a predetermined threshold value (step S3).

外乱h4の絶対値が閾値を上回っていれば、次に、エンジン回転数が低下傾向にあるか否かを判定する(ステップS4)。ステップS4では、現在のエンジン回転数Neiと、過去の演算サイクルにおけるエンジン回転数Nei-1との関係において、Nei-1−Nei<0が成立する場合に、エンジン回転数が低下傾向にあると判定する。 If the absolute value of the disturbance h 4 exceeds the threshold value, it is next determined whether or not the engine speed tends to decrease (step S4). In step S4, the engine speed decreases when Ne i-1 −N e i <0 holds in the relationship between the current engine speed Ne i and the engine speed Ne i-1 in the past calculation cycle. It is determined that there is a tendency.

エンジン回転数が低下傾向にあるならば、さらに、要求燃料噴射量が低下傾向にあるか否かを判定する(ステップS5)。ステップS5では、現在の燃料噴射量Qiと、過去の演算サイクルにおける燃料噴射量Qi-1との関係において、Qi-1−Qi<0が成立する場合に、燃料噴射量が低下傾向にあると判定する。 If the engine speed tends to decrease, it is further determined whether or not the required fuel injection amount tends to decrease (step S5). In step S5, the fuel injection amount decreases when Q i-1 -Q i <0 holds in the relationship between the current fuel injection amount Q i and the fuel injection amount Q i-1 in the past calculation cycle. It is determined that there is a tendency.

燃料噴射量も低下傾向にあるならば、最後に、アクセルペダルの踏み込み量が低下傾向にあるか否かを判定する(ステップS6)。ステップS6では、現在のアクセル踏み込み量accpfiと、過去の演算サイクルにおけるアクセル踏み込み量accpfi-1との関係において、accpfi-1−accpfi<0が成立する場合に、アクセル踏み込み量が低下傾向にあると判定する。 If the fuel injection amount also tends to decrease, it is finally determined whether or not the accelerator pedal depression amount tends to decrease (step S6). In step S6, the accelerator depression amount decreases when accpf i-1 -accpf i <0 holds in the relationship between the current accelerator depression amount accpf i and the accelerator depression amount accpf i-1 in the past calculation cycle. It is determined that there is a tendency.

ステップS1ないしS6を通じて、ハンチング条件の全てが成立した暁には、吸気管内圧力の目標値r2のなまし処理を実行開始する。なまし処理では、本来あるべき目標値r2iの移動平均r2’を算出し(ステップS7)、このr2’を吸気管内圧力の目標値としてコントローラ51に与え、制御入力Uの演算を実施させる(ステップS8)。なまし処理を実行開始してから所定期間が経過したら(ステップS9)、なまし処理を終了して本来の目標値r2をコントローラ51に与える。 Through steps S1 to S6, the dawn of all hunting condition is satisfied, starts to execute the smoothing processing of the target value r 2 of the intake pipe pressure. In the annealing process, the moving average r 2 'of the target value r 2i that should be originally calculated is calculated (step S7), and this r 2 ' is given to the controller 51 as the target value of the intake pipe pressure, and the control input U is calculated. (Step S8). When a predetermined period has elapsed since the start of the annealing process (step S9), the annealing process is terminated and the original target value r 2 is given to the controller 51.

ステップS1ないしS6を通じて、ハンチング条件のうちの何れかが成立していないのであれば、吸気管内圧力の目標値r2のなまし処理を実行しない、即ち本来の目標値r2をコントローラ51に与え続ける(ステップS10)ことは言うまでもない。 Through steps S1 to S6, if the any of the hunting condition is not met, given not execute the smoothing processing of the target value r 2 of the intake pipe pressure, i.e. the original target value r 2 to the controller 51 Needless to say, continue (step S10).

本実施形態によれば、内燃機関2またはこれに付帯する装置に係る制御出力y1、y2を目標値r1、r2に追従させる制御を実施するものであって、各制御出力y1、y2とその目標値r1、r2との偏差(r1−y1)、(r2−y2)に基づいて制御入力u1、u2、u3を反復的に演算するサーボコントローラ51と、前記制御出力r2に関連するプラントの状態量xe4の実際の値と、前記制御入力u1、u2、u3をプラントのモデルに代入して算出される状態量xe4の計算上の値との差分の単位時間当たり変化量h4が所定の閾値を越えるという条件を少なくとも含むハンチング条件が成立したときに、サーボコントローラ51が参照する制御出力の目標値r2または偏差(r2−y2)をなまし処理する目標補正部とを具備することを特徴とする制御装置を構成したため、急激な外乱を察知した際のなまし処理により、目標値r2の変動に追随する制御入力u1、u2、u3の変動を抑制することができる。そして、この結果、急激な外乱の発生時に引き起こされるハンチングを予防することが可能になる。 According to this embodiment, it is one that implements the control to follow the control output y 1, y 2 of the apparatus attached to the internal combustion engine 2 or its target value r 1, r 2, each control output y 1 , Y 2 and their target values r 1 , r 2 based on deviations (r 1 −y 1 ) and (r 2 −y 2 ), servos that repeatedly calculate control inputs u 1 , u 2 and u 3 a controller 51, and the actual value of the state amount x e4 plant associated with the control output r 2, the control input u 1, u 2, the state quantity u 3 is calculated by substituting the plant model x e4 The target value r 2 or deviation of the control output referred to by the servo controller 51 when the hunting condition including at least the condition that the change amount h 4 of the difference from the calculated value per unit time exceeds the predetermined threshold is satisfied. to and a target correction unit that processes (r 2 -y 2) moderation of For configuring the control apparatus characterized, it is possible to suppress the sudden disturbance by annealing process for upon perceive a variation of the control input to follow the variation of the target value r 2 u 1, u 2, u 3. As a result, it is possible to prevent hunting caused when a sudden disturbance occurs.

特に、ターボ過給機を備えた内燃機関2を制御するものであり、吸気管内圧力(または、吸気量)が制御出力y2として含まれている制御系において、加速終了後の一時期に吸気管内圧力の目標値r2をなまし処理するようにしている。つまり、加速終了後は外乱として過給圧が自然に低下することを利用して、敢えて操作部45、42、33を操作することなしに吸気管内圧力を好適に低減制御することができる。 In particular, in the control system for controlling the internal combustion engine 2 equipped with the turbocharger and including the intake pipe pressure (or intake air amount) as the control output y 2 , the intake pipe is set in the intake pipe at one time after the end of acceleration. The target pressure value r 2 is subjected to a smoothing process. That is, the intake pipe pressure can be suitably reduced and controlled without intentionally operating the operating portions 45, 42, and 33 by utilizing the fact that the supercharging pressure naturally decreases as a disturbance after the end of acceleration.

内燃機関2またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と、前記制御出力y2の目標値r2との関係を定めたマップを予め記憶し、前記指標値をキーとして当該マップを検索することを通じて前記制御出力y2の目標値r2を知得するものであるため、コントローラ51で吸収可能な程度の外乱は指標値に対応した目標値r2の設定によって制御できる。吸収不可能な急激な外乱に対してのみ、指標値に応じて設定される目標値r2になまし処理を施し、以てハンチングを抑止することが可能である。 Storing in advance a map that defines the relationship between the index value relating to the current status of the internal combustion engine 2 or the device attached thereto and the target value r 2 of the control output y 2 , and searching the map using the index value as a key. wherein for controlling the output in which to know the target value r 2 of y 2, the disturbance of the degree capable of absorbing the controller 51 can be controlled by setting the target value r 2 corresponding to the index value through. Only for a sudden disturbance that cannot be absorbed, the target value r 2 set according to the index value is subjected to a smoothing process, thereby suppressing hunting.

前記指標値に、内燃機関2の回転数及び燃料噴射量(または、要求負荷)が含まれており、前記ハンチング条件に、内燃機関2の回転数及び燃料噴射量がともに減少傾向にあることが含まれているものであるため、加速終了後における吸気管内圧力y2の制御を好適に実施し得る。 The index value includes the rotational speed and fuel injection amount (or required load) of the internal combustion engine 2, and both the rotational speed and the fuel injection amount of the internal combustion engine 2 tend to decrease under the hunting conditions. Therefore, the control of the intake pipe pressure y 2 after the end of acceleration can be suitably performed.

前記ハンチング条件に、アクセル踏み込み量が減少傾向にあることが含まれているため、アクセル踏み込み量の減少に伴う車速の低下、エンジン回転数の低下に有効に対処できる。   Since the hunting conditions include that the accelerator depression amount tends to decrease, it is possible to effectively cope with a decrease in vehicle speed and a decrease in engine speed due to a decrease in accelerator depression amount.

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。まず、サーボコントローラ51が実現する多入力フィードバック制御の手法は、スライディングモード制御には限定されない。スライディングモード制御以外の手法、例えば最適制御、H∞制御、バックステッピング制御等を採用することを妨げない。   The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. First, the multi-input feedback control technique realized by the servo controller 51 is not limited to the sliding mode control. It does not prevent the adoption of techniques other than sliding mode control, such as optimal control, H∞ control, backstepping control, and the like.

内燃機関または付帯装置の現在状況に関する指標値は、エンジン回転数及び燃料噴射量には限られない。外部の気圧や冷却水温等を指標値として参照した上で、目標値r2を設定することも当然に可能である。 The index value relating to the current state of the internal combustion engine or the auxiliary device is not limited to the engine speed and the fuel injection amount. It is naturally possible to set the target value r 2 after referring to the external atmospheric pressure, the cooling water temperature, and the like as index values.

ハンチング条件の内容も、上記実施形態におけるものには限定されない。ハンチング条件によっては、EGR率の目標値r1(または、EGR率の偏差(r1−y1))になまし処理を施してハンチングを抑止することも想定される。 The contents of the hunting conditions are not limited to those in the above embodiment. Depending on the hunting conditions, it may be assumed that the target value r 1 of the EGR rate (or the deviation (r 1 −y 1 ) of the EGR rate) is subjected to an annealing process to suppress hunting.

また、EGR制御における制御入力変数は、EGRバルブ開度、可変ノズルターボ開度及びスロットルバルブ開度には限定されない。制御出力変数も、EGR率(または、EGR量)及び吸気管内圧力(または、吸気量)には限定されない。新たな入力変数、出力変数を付加して、4入力3出力の3次システムを構築するようなことも可能である。例えば、吸気系に過給機(のコンプレッサ)をバイパスする通路が存在している場合、その通路上に設けられたバルブをも操作することがある。このとき、当該バイパス通路内の圧力または流量等を制御出力変数に含め、当該バイパス通路上のバルブの開度を制御入力変数に含めることができる。   Further, the control input variables in the EGR control are not limited to the EGR valve opening, the variable nozzle turbo opening, and the throttle valve opening. The control output variable is not limited to the EGR rate (or EGR amount) and the intake pipe pressure (or intake amount). It is also possible to construct a tertiary system with four inputs and three outputs by adding new input variables and output variables. For example, when a passage that bypasses the supercharger (compressor) is present in the intake system, a valve provided on the passage may be operated. At this time, the pressure or flow rate in the bypass passage can be included in the control output variable, and the opening of the valve on the bypass passage can be included in the control input variable.

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。   Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、例えば、過給機及びEGR装置が付帯した内燃機関のEGR率を制御するための制御コントローラとして利用することができる。   The present invention can be used, for example, as a control controller for controlling the EGR rate of an internal combustion engine attached with a supercharger and an EGR device.

5…ECU(制御装置)
51…適応スライディングモードコントローラ(サーボコントローラ)
52…目標補正部
5 ... ECU (control device)
51 ... Adaptive sliding mode controller (servo controller)
52. Target correction unit

Claims (5)

内燃機関またはこれに付帯する装置に係る制御出力を目標値に追従させる制御を実施するものであって、
制御出力とその目標値との偏差に基づいて制御入力を反復的に演算するサーボコントローラと、
前記制御出力に関連するプラントの状態量の実際の値と、前記制御入力をプラントのモデルに代入して算出される状態量の計算上の値との差分の単位時間当たり変化量が所定の閾値を越えるという条件を少なくとも含むハンチング条件が成立したときに、サーボコントローラが参照する制御出力の目標値または偏差をなまし処理する目標補正部と
を具備することを特徴とする制御装置。
The control for causing the control output related to the internal combustion engine or the device attached thereto to follow the target value is performed,
A servo controller that repeatedly calculates a control input based on a deviation between the control output and its target value;
The amount of change per unit time of the difference between the actual value of the state quantity of the plant related to the control output and the calculated value of the state quantity calculated by substituting the control input into the plant model is a predetermined threshold value. And a target correction unit for smoothing a target value or deviation of a control output referred to by the servo controller when a hunting condition including at least a condition of exceeding is satisfied.
ターボ過給機を備えた内燃機関を制御するものであり、
前記制御出力に、吸気管内圧力または吸気量が含まれている請求項1記載の制御装置。
It controls an internal combustion engine equipped with a turbocharger,
The control device according to claim 1, wherein the control output includes an intake pipe pressure or an intake air amount.
内燃機関またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と、前記制御出力の目標値との関係を定めたマップを予め記憶し、前記指標値をキーとして当該マップを検索することを通じて前記制御出力の目標値を知得する請求項2記載の制御装置。 A map that defines a relationship between an index value related to the current status of the internal combustion engine or the device attached thereto and a target value of the control output is stored in advance, and the control output is obtained by searching the map using the index value as a key. The control device according to claim 2, wherein the target value is obtained. 前記指標値に、内燃機関の回転数及び燃料噴射量が含まれており、
前記ハンチング条件に、内燃機関の回転数及び燃料噴射量がともに減少傾向にあることが含まれている請求項3記載の制御装置。
The index value includes the rotational speed of the internal combustion engine and the fuel injection amount,
The control device according to claim 3, wherein the hunting condition includes that both the rotational speed of the internal combustion engine and the fuel injection amount tend to decrease.
前記ハンチング条件に、アクセル踏み込み量が減少傾向にあることが含まれている請求項2、3または4記載の制御装置。 The control device according to claim 2, 3 or 4, wherein the hunting condition includes that the accelerator depression amount tends to decrease.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017005928A (en) * 2015-06-12 2017-01-05 三井造船株式会社 Power generator control system
JP2019143379A (en) * 2018-02-21 2019-08-29 コベルコ建機株式会社 Revolving control device

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