JP2012093853A - プラントの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 フィードバック制御器33は、プラント(1,17)の制御出力(KACT)が目標値(KCMDM)と一致するように、プラントへ入力する制御入力(KAF)を算出する。フィードバック制御器33の伝達関数C(z)は、プラントをモデル化することにより得られる制御対象モデルの伝達関数P(z)の逆伝達関数と、制御入力(KAF)に印加される外乱dの制御出力(KACT)への感度を示す感度関数S(z)を用いて定義される外乱感度相関関数との積で表され、感度関数S(z)は、プラントの応答特性を示す応答特性パラメータ(α)を用いて定義される。
【選択図】 図4
Description
[第1の実施形態]
図1は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関(以下「エンジン」という)及びその制御装置の全体構成図であり、例えば4気筒のエンジン1の吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されている。スロットル弁3にはスロットル弁開度THを検出するスロットル弁開度センサ4が連結されており、その検出信号が電子制御ユニット(以下「ECU」という)5に供給される。
Y(z)=P(z)・(U+d) (1)
U=C(z)・DY=C(z)・(YT−Y) (2)
S(z)=1/(1+C(z)・P(z)) (3)
A:伝達関数Cの分子の次数が分母の次数以下であること、すなわちフィードバック制御器22が設定可能であること
B:フィードバック制御の定常偏差が「0」となること、すなわち感度関数Sが低周波成分を遮断するハイパスフィルタ特性を有すること
KCMDM(k)=(1−α)×KCMDM(k-1)+α×KCMD(k-2) (10)
KAF=C(z)・DAF (11)
TOUT=TIM×KCMD×KAF×KTOTAL (13)
ここに、TIMは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁6の基本燃料噴射時間であり、吸入空気流量GAIRに応じて設定されたTIMテーブルを検索して決定される。TIMテーブルは、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
加算器35は図2と同様の意味で含まれており、プラントを構成するエンジン1及びLAFセンサ17に加わる外乱dが加算される。
DAF(k)=KCMDM(k)−KACT(k) (14)
上述した実施形態では、プラントの応答特性を1つの応答特性パラメータαで近似してフィードバック制御器を構成したが、図3に示されるように周波数の高い範囲における制御性能が不足するおそれがある。そこで、本変形例は、感度関数S(z)を、第1感度関数パラメータβ1を用いて定義される第1感度関数S1(z)と、第2感度関数パラメータβ2を用いて定義される第2感度関数S2(z)の線形和として定義するようにしたものである。以下に説明する点以外は、上述した実施形態と同一である。
S(z)=k1・S1(z)+k2・S2(z) (21)
α’=1−exp(−TC/τ’s) (7a)
DAF1(k)=k1×(DAF(k)+y(k)) (34)
DAF2(k)=DAF(k)−DAF1(k) (35)
以上のようにして、空燃比補正係数KAF(k)が算出される。
本実施形態は、上述したフィードバック制御器の構成手法を、エンジン1のアイドル回転数のフィードバック制御を行うフィードバック制御器に適用したものであり、図12は、本実施形態における制御系の構成を示す。
S(z)=1/(1+CFB(z)・P(z)) (41)
NE={CFF・S(z)・P(z)+(1−S(z)}・NOBJ
+S(z)・P(z)・d (43)
トルク制御部45の伝達関数GTOD(z)は、一次遅れ特性で近似できるので、下記式(44)で与えられる。式(44)のα1は応答特性パラメータであり、吸入空気量の制御応答特性に応じて決定される。
エンジン1における摩擦の影響をトルク制御部で補正することにより、前記式(45)の摩擦係数Kを無視できるものとすると、下記式(45a)が得られる。したがって、本変形例では、出力トルクTRQからエンジン回転数NEまでの伝達関数GTN(z)は、下記式(50)で与えられ、プラントの伝達関数P(z)は下記式(51)で与えられる。本変形例でも、感度関数パラメータβ1を応答特性パラメータα1に設定することが望ましい。
式(48)または(50)で示される伝達関数P(z)には、むだ時間要素が含まれていないが、むだ時間要素を含む制御対象モデルとした方が妥当であるときは、伝達関数P(z)の分母の次数が増加するので、例えば感度関数S(z)を下記式(52)で定義することにより、前述した条件A及びBを満たす感度関数S(z)が得られる。
本実施形態においても第1の実施形態の変形例と同様に、感度関数S(z)を2つの感度関数S1(z)及びS2(z)の線形和として定義するようにしてもよい。
その場合には、第1感度関数パラメータβ1及び第2感度関数パラメータβ2を以下のように設定することが望ましい。
本実施形態は、上述したフィードバック制御器の構成手法を、エンジンの吸気弁の作動位相を連続的に変化させる弁作動位相可変機構(以下「VTC機構」という)の制御装置、具体的には、弁作動位相VPAのフィードバック制御を行うフィードバック制御器に適用したものであり、図13は、本実施形態における制御系の構成を示す。
本実施形態においても作動油の応答特性を示す応答特性パラメータα3の値のばらつきが大きい場合には、第1の実施形態の変形例と同様に、感度関数S(z)を2つの感度関数S1(z)及びS2(z)の線形和として定義するようにしてもよい。
その場合には、第1感度関数パラメータβ1及び第2感度関数パラメータβ2を以下のように設定することが望ましい。
5 電子制御ユニット(フィードバック制御器,修正目標値算出手段)
6 燃料噴射弁
17 比例型酸素濃度センサ(空燃比センサ)
Claims (7)
- プラントの制御出力が目標値と一致するように、前記プラントへ入力する制御入力を算出するフィードバック制御器を備えるプラントの制御装置において、
前記フィードバック制御器の伝達関数である制御器伝達関数は、
前記プラントをモデル化することにより得られる制御対象モデルの伝達関数の逆伝達関数と、前記プラントに印加される外乱の前記制御出力への感度を示す感度関数を用いて定義される外乱感度相関関数との積で表され、
前記感度関数は、前記プラントの応答特性を示す応答特性パラメータを用いて定義されることを特徴とするプラントの制御装置。 - 前記感度関数は、前記制御器伝達関数の分子の次数が前記制御器伝達関数の分母の次数以下となり、かつハイパスフィルタ特性が実現されるように定義されることを特徴とする請求項1に記載のプラントの制御装置。
- 前記感度関数は、前記プラントの応答特性を示す複数の応答特性パラメータに対応する複数の感度関数の線形和として定義されることを特徴とする請求項1または2に記載のプラントの制御装置。
- 前記目標値に前記制御対象モデルの伝達関数を適用して、修正目標値を算出する修正目標値算出手段をさらに備え、
前記フィードバック制御器は、前記制御出力が前記修正目標値と一致するように前記制御入力を算出することを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載のプラントの制御装置。 - 前記プラントは、内燃機関及び該機関の排気中の酸素濃度を検出する空燃比センサからなり、前記フィードバック制御器は、検出される空燃比が目標空燃比と一致するように前記制御入力である空燃比制御量を算出し、
前記応答特性パラメータは、前記空燃比センサの応答時定数に応じて設定されることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載のプラントの制御装置。 - 前記プラントは、内燃機関及び該機関の出力トルクを制御するトルク制御部であり、前記フィードバック制御器は、検出される前記機関の回転数が目標回転数と一致するように前記制御入力である前記機関の目標トルクを算出し、
前記応答特性パラメータは、前記トルク制御部の応答特性に応じて設定されるパラメータであることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のプラントの制御装置。 - 前記プラントは、内燃機関の吸気弁の作動位相を連続的に変化させる弁作動位相可変機構であり、前記フィードバック制御器は、検出される前記作動位相が目標作動位相と一致するように前記制御入力である、前記弁作動位相可変機構に供給する制御信号のデューティを算出し、
前記応答特性パラメータは、前記弁作動位相可変機構の作動油の応答特性に応じて設定されるパラメータであることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のプラントの制御装置。
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