JP2012167577A - Engine control program and engine control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a model prediction control technique for suppressing drastic variations in operation-amount command value with respect to an engine.SOLUTION: An item regarding power of an operation amount of evaluation coefficients in model prediction control is changed in such a form that the difference in-between the operation amount before one unit time of the current time is taken into consideration in all prediction sections, thereby introducing a matrix for suppressing drastic variations in operation-amount command value. Namely, it is configured to introduce a matrix of a second time-series value of the operation amount of valve opening of an exhaust gas circulator and a second time-series value of the operation amount of nozzle opening of a variable nozzle turbo. The matrix suppresses variations in operation amount of the valve opening of the exhaust gas circulator and the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to a value before one unit time of the current time about the operation amount of the valve opening of the exhaust gas circulator and a value before one unit time of the current time about the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo.

Description

本技術は、エンジンの制御技術に関する。   The present technology relates to engine control technology.

近年のディーゼルエンジンにおいては、エミッションの低減と燃費の向上を目的として、新気量(MAF:Mass Air Flow)及び吸気圧(MAP:Manifold Air Pressure)が吸気系制御器により最適に制御されている。   In recent diesel engines, new air volume (MAF: Mass Air Flow) and intake air pressure (MAP: Manifold Air Pressure) are optimally controlled by an intake system controller to reduce emissions and improve fuel efficiency. .

一般的に、図1に示すように、ディーゼルエンジンの吸気制御系は、吸気圧制御系と新気量制御系を含み、吸気圧と新気量は、互いに独立に制御されている。吸気圧制御系は、排気中のスス(PM:Particulate Matter)を低減するために、可変ノズルターボVNT(Variable Nozzle Turbo)のノズル径を制御して吸気圧を吸気圧目標値に追従するようにコントロールしている。一方、新気量制御系は、排気中の窒素酸化物(NOx)を低減するために、排気をシリンダ内に再循環させる排気循環器EGR(Exhaust Gas Recirculation)のバルブ開度を制御して新気量を新気量目標値に追従するようにコントロールしている。   In general, as shown in FIG. 1, the intake control system of a diesel engine includes an intake pressure control system and a fresh air amount control system, and the intake pressure and the fresh air amount are controlled independently of each other. The intake pressure control system controls the nozzle diameter of a variable nozzle turbo VNT (Variable Nozzle Turbo) to reduce the soot (PM) in the exhaust so that the intake pressure follows the intake pressure target value. Controlling. On the other hand, the new air quantity control system controls the valve opening of an exhaust gas recirculation (EGR) that recirculates exhaust gas into the cylinder to reduce nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas. The air volume is controlled to follow the new air volume target value.

これらの制御系に対しては、後に述べる計画器において、運転条件(エンジン回転数rpm及び燃料噴射量q)に応じて、最適な吸気圧及び新気量が目標値として、また最適なVNTのノズル開度とEGRのバルブ開度の基準値がフィードフォワード値として決定されて、吸気制御系に出力される。   For these control systems, in the planner described later, the optimum intake pressure and fresh air amount are set as target values and the optimum VNT is set according to the operating conditions (engine speed rpm and fuel injection amount q). The reference values of the nozzle opening and the EGR valve opening are determined as feedforward values and output to the intake control system.

従来、吸気圧制御系と新気量制御系は、図2のように独立に構成されていた(SISO: Single Input Single Output)。すなわち、吸気制御系は、上段の新気量制御系と下段の吸気圧制御系の2つを含む。新気量制御系は、EGRのバルブ開度を調節して新気量をコントロールしている。一方、吸気圧制御系は、VNTのノズル開度を調節して吸気圧をコントロールしている。具体的には、運転条件(燃料噴射量及びエンジン回転数の設定)が入力された計画器は、対応する新気量目標値及び吸気圧目標値とEGR基準値及びVNT基準値とを出力する。そして、新気量制御器は、新気量目標値と新気量測定値との差に応じて制御値を出力する。そうすると、当該制御値とEGR基準値との和がEGRのバルブ開度としてエンジンに入力される。一方、吸気圧制御器は、吸気圧目標値と吸気圧測定値との差に応じて制御値を出力する。そうすると、当該制御値とVNT基準値との和がVNTのノズル開度としてエンジンに入力される。   Conventionally, the intake pressure control system and the new air volume control system were configured independently as shown in FIG. 2 (SISO: Single Input Single Output). That is, the intake control system includes two parts, an upper fresh air amount control system and a lower intake pressure control system. The new air quantity control system controls the new air quantity by adjusting the valve opening of the EGR. On the other hand, the intake pressure control system controls the intake pressure by adjusting the nozzle opening of the VNT. Specifically, the planner to which the operating conditions (setting of the fuel injection amount and the engine speed) are input outputs the corresponding new air amount target value, intake pressure target value, EGR reference value, and VNT reference value. . Then, the fresh air amount controller outputs a control value according to the difference between the new air amount target value and the fresh air amount measurement value. Then, the sum of the control value and the EGR reference value is input to the engine as the EGR valve opening. On the other hand, the intake pressure controller outputs a control value according to the difference between the intake pressure target value and the intake pressure measurement value. Then, the sum of the control value and the VNT reference value is input to the engine as the VNT nozzle opening.

しかしながら、エンジンは干渉要素を有する。すなわちVNTのノズル開度に応じて新気量が変化したり、EGRのバルブ開度に応じて吸気圧が変化したりする。従って、吸気圧と新気量を同時に目標に追従させることが難しい。このため、図3のように、新気量の誤差に応じてVNTノズル開度を変化させるための第1干渉補償と吸気圧の誤差に応じてEGRバルブ開度を変化させるための第2干渉補償を設けて、2つの制御系の干渉を補償する。この干渉補償に加えて、VNTノズル開度及びEGRバルブ開度の操作量に飽和がある場合に適用可能な協調制御系(MIMO:Multi Input Multi Output)が提案されている。そして、このような協調制御系において、制御系に干渉があり且つ飽和のある場合に有効なモデル予測制御理論による制御系も提案されている。   However, the engine has an interference element. That is, the amount of fresh air changes according to the VNT nozzle opening, or the intake pressure changes according to the EGR valve opening. Therefore, it is difficult to make the intake pressure and the fresh air amount simultaneously follow the target. Therefore, as shown in FIG. 3, the first interference compensation for changing the VNT nozzle opening in accordance with the fresh air amount error and the second interference for changing the EGR valve opening in accordance with the intake pressure error. Compensation is provided to compensate for interference between the two control systems. In addition to this interference compensation, a cooperative control system (MIMO: Multi Input Multi Output) is proposed that can be applied when the manipulated variables of the VNT nozzle opening and the EGR valve opening are saturated. In such a cooperative control system, a control system based on a model predictive control theory that is effective when there is interference and saturation in the control system has been proposed.

図4を用いてモデル予測制御について説明する。時刻kにおける目標値sが設定されると、制御対象であるプラントからの、時刻kにおける観測軌道y(k)(=状態x(k))に応じて、予測区間Nにおける参照軌道r(k)(以下で述べるように実質的な目標値であるから目標値r(k)とも記す。)を算出する。この参照軌道r(k)にできるだけ近付くように、時刻kから制御区間Huにおける操作量u(k)、u(k+1)、...u(k+Hu−1)を算出する。但し、Hu=Nの場合もある。そして、操作量u(k)のみを採用してプラントに出力する。以下、時刻k+1以降同様の処理を実施する。   Model prediction control will be described with reference to FIG. When the target value s at the time k is set, the reference trajectory r (k) in the prediction section N according to the observation trajectory y (k) (= state x (k)) at the time k from the plant to be controlled. ) (Because it is a substantial target value as described below, it is also referred to as a target value r (k).). The manipulated variables u (k), u (k + 1),... In the control section Hu from the time k so as to be as close as possible to the reference trajectory r (k). . . u (k + Hu-1) is calculated. However, there are cases where Hu = N. Then, only the manipulated variable u (k) is adopted and output to the plant. Thereafter, the same processing is performed after time k + 1.

一般的に、モデル予測制御では、以下で詳細に述べるように目標値r(k)と状態x(k)との追従誤差と操作量u(k)についての評価関数を作成して当該評価関数の値が最小になるように操作量u(k)を算出する。従来においては、操作量u(k)そのものについて評価するか、予測区間Nにおける各サンプル点においてその1サンプル前の操作量との差Δu(k)=u(k)−u(k−1)を評価している。しかしながら、従来のモデル予測制御により算出されるEGR及びVNTへの操作量の出力値(指令値とも呼ぶ)は、例えば図5及び図6に示すように高周波成分を多く含んだ変動が激しい値となる。図5及び図6では、横軸は周波数を表し、縦軸はパワーを表す。図5では、他の手法によるEGR操作量指令値のパワーの周波数成分を、他の手法によるものと従来のモデル予測制御(MPC)によるものとを併せて示している。明らかに従来のモデル予測制御の方が高周波のパワーが高くなっている。同様に、図6では、他の手法によるVNT操作量指令値のパワーの周波数成分を、他の手法によるものと従来のモデル予測制御(MPC)によるものとを併せて示している。この場合も、明らかに従来のモデル予測制御の方が高周波のパワーが高くなっている。   Generally, in model predictive control, as will be described in detail below, an evaluation function for the tracking error between the target value r (k) and the state x (k) and the manipulated variable u (k) is created, and the evaluation function The operation amount u (k) is calculated so that the value of is minimized. Conventionally, the operation amount u (k) itself is evaluated, or the difference Δu (k) = u (k) −u (k−1) from the operation amount of the previous sample at each sample point in the prediction interval N. Is evaluated. However, the output values (also referred to as command values) of the manipulated variables to EGR and VNT calculated by the conventional model predictive control are values having a large fluctuation including a lot of high frequency components as shown in FIGS. 5 and 6, for example. Become. 5 and 6, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents power. In FIG. 5, the frequency components of the power of the EGR manipulated variable command value according to another method are shown together with those according to another method and those according to conventional model predictive control (MPC). Obviously, the conventional model predictive control has higher high-frequency power. Similarly, in FIG. 6, the frequency components of the power of the VNT manipulated variable command value by another method are shown together with those by another method and those by conventional model predictive control (MPC). Also in this case, obviously, the conventional model predictive control has a higher high frequency power.

この操作量指令値は、EGR及びVNTのサーボ系に与えられるので、これらのサーボ系の応答周波数を超える周波数帯域に強い周波数成分を含んでいると、バルブやターボが応答しきれなくなって発振してしまい、ダメージを与え問題となる場合がある。   This manipulated variable command value is given to the servo system of EGR and VNT, so if a strong frequency component is included in the frequency band exceeding the response frequency of these servo systems, the valve or turbo cannot respond and oscillates. May cause damage and damage.

なお、モデルを用いて予測を行いながら制御を行う従来技術も存在しているが、図4で示すようなスキームに従ったモデル予測制御の改善ではない。   Note that there is a conventional technique in which control is performed while performing prediction using a model, but this is not improvement of model prediction control according to a scheme as shown in FIG.

特開2007−192171号公報JP 2007-192171 A 特表2005−516298号公報JP-T-2005-516298

従って、本技術の目的は、エンジンに対する操作量指令値の急激な変動を抑制するためのモデル予測制御技術を提供することである。   Accordingly, an object of the present technology is to provide a model predictive control technology for suppressing rapid fluctuations in the operation amount command value for the engine.

第1の態様に係るエンジン制御方法は、(A)排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、(B)(b1)燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、吸気圧の測定値及び新気量の測定値に応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、(b2)排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて排気循環器のバルブ開度及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、を加算して得られる、(b3)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成するステップと、(C)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値を抽出すると共に、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた、排気循環器のバルブ開度の基準値及び可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、排気循環器のバルブ開度の指令値及び可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップとを含む。   The engine control method according to the first aspect includes (A) a setting value of a fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a setting value of an engine speed, a measured value of an intake pressure of the engine, and a fresh air amount. (B) and (b1) a target time series value corresponding to a set value of fuel injection amount and a set value of engine speed, a measured value of intake pressure, and a measured value of fresh air amount The first time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the variable nozzle turbo obtained by multiplying the matrix related to the error with the corresponding response time series value by the main control matrix of model predictive control A matrix of first time-series values of the manipulated variable of the nozzle opening, and (b2) the value of one unit time before the current time and the nozzle opening of the variable nozzle turbo of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator 1 unit time of the current time for the operation amount The second time-series value of the manipulated variable of the exhaust circulator valve opening and the variable nozzle turbo, which suppresses fluctuations in the manipulated variable of the exhaust valve circulator opening and the variable nozzle turbo manipulated variable according to the value of (B3) The third time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the variable nozzle turbo are obtained by adding the matrix of the second time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening of A step of generating a matrix of third time series values of the manipulated variable of the nozzle opening, and (C) a third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opening of the variable nozzle turbo. From the matrix of the third time series value of the manipulated variable, the value of the manipulated variable of the exhaust circulator valve opening one unit time after the current time and the current time of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo While extracting the value after the time, set value of fuel injection amount and engine speed By adding the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the set value, the command value of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opening of the variable nozzle turbo are added. Calculating a command value of the degree.

第2の態様に係るエンジン制御方法は、(A)排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、(B)(b1)燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、吸気圧の測定値及び新気量の測定値に応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、(b2)排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて排気循環器のバルブ開度及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列とから、(b3)排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値を抽出して加算するステップと、(C)排気循環器のバルブ開度の操作量の加算結果及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の加算結果に、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた、排気循環器のバルブ開度の基準値及び可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、排気循環器のバルブ開度の指令値及び可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップとを含む。   The engine control method according to the second aspect includes (A) a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of engine intake pressure, and a fresh air amount. (B) and (b1) a target time series value corresponding to a set value of fuel injection amount and a set value of engine speed, a measured value of intake pressure, and a measured value of fresh air amount The first time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the variable nozzle turbo obtained by multiplying the matrix related to the error with the corresponding response time series value by the main control matrix of model predictive control A matrix of first time-series values of the manipulated variable of the nozzle opening, and (b2) the value of one unit time before the current time and the nozzle opening of the variable nozzle turbo of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator 1 unit time of the current time for the operation amount The second time-series value of the manipulated variable of the exhaust circulator valve opening and the variable nozzle turbo, which suppresses fluctuations in the manipulated variable of the exhaust valve circulator opening and the variable nozzle turbo manipulated variable according to the value of From the matrix of the second time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of (b3), the value after one unit time of the current time of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opening of the variable nozzle turbo A step of extracting and adding a value after one unit time of the current time of the operation time of (C), (C) the addition result of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo By adding the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the setting value of the fuel injection amount and the setting value of the engine speed to the addition result, the exhaust circulation Valve opening command value and variable nozzle And calculating a command value of the nozzle opening.

第3の態様に係るエンジン制御方法は、(A)排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、(B)(b1)燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前置補償器の内部状態出力値と吸気圧の測定値及び新気量の測定値とに応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、(b2)排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて排気循環器のバルブ開度及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、を加算して得られる、(b3)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成するステップと、(C)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値を抽出して前置補償器で処理し、当該前置補償器によって処理された後の排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値に、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた、排気循環器のバルブ開度の基準値及び可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップとを含む。   The engine control method according to the third aspect includes (A) a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of engine intake pressure, and a fresh air amount. (B), (b1) a target time series value corresponding to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, the internal state output value of the pre-compensator and the intake pressure Of the valve opening of the exhaust circulatory system obtained by multiplying the matrix related to the error between the measured time value and the response time series value corresponding to the measured value of the fresh air volume by the main control matrix of model predictive control A matrix of the first time-series value of the quantity and the first time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, and (b2) one unit time of the current time for the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator Previous value and variable nozzle turbo nozzle opening The amount of operation of the valve opening of the exhaust circulator that suppresses fluctuations in the amount of operation of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the value one unit time before the current time. (B3) obtained by adding the second time-series value and the matrix of the second time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, (b3) A step of generating a third time series value and a third time series value matrix of manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, and (C) a third time series of manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator From the matrix of the value and the third time series value of the variable nozzle turbo nozzle opening, the value after one unit time of the current time of the valve opening of the exhaust circulator and the variable nozzle turbo nozzle opening Pre-compensator by extracting the value after 1 unit time of the current time The value of the manipulated value of the valve opening of the exhaust circulator after the first time after processing and the current value of the manipulated value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo after being processed by the precompensator. Add the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the setting value of the fuel injection amount and the setting value of the engine speed to the value after one unit time. And calculating a command value of the valve opening of the exhaust circulator and a command value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo.

第4の態様に係るエンジン制御方法は、(A)排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、(B)(b1)燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前置補償器の内部状態出力値と吸気圧の測定値及び新気量の測定値とに応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、(b2)排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて排気循環器のバルブ開度及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列とから、(b3)排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値を抽出して加算するステップと、(C)排気循環器のバルブ開度の操作量の加算結果及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の加算結果に対して前置補償器で処理して、当該前置補償器によって処理された後の排気循環器のバルブ開度の操作量の加算結果及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の加算結果に、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた、排気循環器のバルブ開度の基準値及び可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、排気循環器のバルブ開度の指令値及び可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップと含む。   An engine control method according to a fourth aspect includes: (A) a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of intake pressure of the engine, and a fresh air amount (B) (b1) a target time series value corresponding to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, the internal state output value of the pre-compensator, and the intake pressure The manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulatory system obtained by multiplying the matrix related to the error between the measured value and the response time series value according to the measured value of the fresh air volume by the main control matrix of model predictive control A first time series value and a matrix of first time series values of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, and (b2) one unit time before the current time of the manipulated value of the valve opening of the exhaust circulator Value and variable nozzle turbo nozzle operation The second of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator, which suppresses fluctuations in the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the value one unit time before the current time. (B3) A value after one unit time of the current time of the valve opening operation amount of the exhaust circulator from the matrix of the second time series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo And a step of extracting and adding a value after one unit time of the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, and (C) the addition result of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the variable nozzle turbo The result of addition of the manipulated variable of the nozzle opening is processed by the precompensator, and the result of adding the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator after being processed by the precompensator and the variable nozzle turbo The result of adding the manipulated variable of the nozzle opening of the The valve opening of the exhaust circulator is added by adding the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the setting value of the shot amount and the setting value of the engine speed. And calculating a command value for the nozzle opening of the variable nozzle turbo.

モデル予測制御をエンジンの制御に適用した場合、エンジンに対する操作量指令値の急激な変動を抑制できるようになる。   When model predictive control is applied to engine control, it is possible to suppress rapid fluctuations in the manipulated variable command value for the engine.

図1は、エンジンの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an engine. 図2は、エンジンの従来の制御系を説明するためのブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram for explaining a conventional control system of the engine. 図3は、他の従来の制御系を説明するためのブロック線図である。FIG. 3 is a block diagram for explaining another conventional control system. 図4は、モデル予測制御を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining model prediction control. 図5は、従来のモデル予測制御の問題点を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining problems of conventional model predictive control. 図6は、従来のモデル予測制御の問題点を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining problems of conventional model predictive control. 図7は、従来のモデル予測制御のブロック線図を示す図である。FIG. 7 is a block diagram of conventional model predictive control. 図8は、本実施の形態におけるエンジンの模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram of an engine in the present embodiment. 図9は、第1の実施の形態におけるブロック線図である。FIG. 9 is a block diagram according to the first embodiment. 図10は、第1の実施の形態における処理フローを示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a processing flow according to the first embodiment. 図11は、第1の実施の形態における処理フローを示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a processing flow according to the first embodiment. 図12は、第1の実施の形態における、EGRバルブに対する操作量指令値のパワーの周波数特性を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the power of the operation amount command value for the EGR valve in the first embodiment. 図13は、第1の実施の形態における、VNTノズルに対する操作量指令値のパワーの周波数特性を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the power of the operation amount command value for the VNT nozzle in the first embodiment. 図14は、第2の実施の形態におけるブロック線図である。FIG. 14 is a block diagram according to the second embodiment. 図15は、第2の実施の形態における処理フローを示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a processing flow according to the second embodiment. 図16は、第2の実施の形態における処理フローを示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a processing flow according to the second embodiment. 図17は、第3の実施の形態におけるブロック線図である。FIG. 17 is a block diagram according to the third embodiment. 図18は、第3の実施の形態における処理フローを示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a processing flow according to the third embodiment. 図19は、第3の実施の形態における処理フローを示す図である。FIG. 19 is a diagram illustrating a processing flow according to the third embodiment. 図20は、第4の実施の形態におけるブロック線図である。FIG. 20 is a block diagram in the fourth embodiment. 図21は、エンジン制御装置をコンピュータで実装する場合のブロック図である。FIG. 21 is a block diagram when the engine control apparatus is implemented by a computer. 図22は、エンジン制御装置の機能ブロック図である。FIG. 22 is a functional block diagram of the engine control apparatus.

[実施の形態1]
まず、一般的なモデル予測制御を説明して本実施の形態との差を明確化する。制御対象のプラントモデル(例えばディーゼルエンジン)は、以下のように表される。但し、線形時不変システムとする。
[Embodiment 1]
First, general model predictive control will be described to clarify the difference from the present embodiment. A plant model to be controlled (for example, a diesel engine) is expressed as follows. However, it shall be a linear time-invariant system.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
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状態x(k)は、新気量xmaf(k)及び吸気圧xmap(k)を含み、操作量u(k)は、EGRバルブ開度の操作量uegr(k)及びVNTノズル開度の操作量uvntを含み、観測軌道y(k)は、状態(k)と一致している。 The state x (k) includes the new air amount x maf (k) and the intake pressure x map (k), and the operation amount u (k) indicates the operation amount u egr (k) of the EGR valve opening and the VNT nozzle opening. It includes every manipulated variable u vnt, observed trajectory y (k) is consistent with the state (k).

このような制御系を、以下のような評価関数を最小とする操作量を求める有限時間最適制御問題として解く。   Such a control system is solved as a finite-time optimal control problem for obtaining an operation amount that minimizes the evaluation function as follows.

Figure 2012167577
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ここで、(4)式の第1行目における第1項は、状態x(k)の、目標値r(k)(時刻kにおける参照軌道の値)に対する追従誤差の2乗和を示し、第2項は操作量u(k)の二乗和(エネルギー)を示している。Q及びRは、それぞれの項に対する重みである。この問題は、第1項と第2項との和が最適になるようにu(k)を求める問題となる。   Here, the first term in the first row of the equation (4) indicates the sum of squares of the tracking error with respect to the target value r (k) (the value of the reference trajectory at time k) in the state x (k). The second term represents the sum of squares (energy) of the manipulated variable u (k). Q and R are weights for the respective terms. This problem is a problem of obtaining u (k) so that the sum of the first term and the second term is optimal.

そして、重みQとRの設定により、第1項と第2項とはトレードオフ関係となる。具体的には、Rが一定で、重みQを大きくすることは、同じu(k)のエネルギーで、目標値への追従誤差を相対的に小さくするような解が得られ、逆に重みQを小さくすることは、目標値への追従誤差は相対的に大きくてもよいというような解が得られる。一方、重みQが一定で、Rを大きくすることは、少ないエネルギーで一定の目標値追従性を達成することを意味し、逆に小さくすることは、大きなエネルギーで一定の目標値追従性を達成することを意味している。このような評価関数は、実際には図4に示したような高周波帯域の成分が高止まりするような操作量をもたらすことになる。   The first term and the second term are in a trade-off relationship by setting the weights Q and R. Specifically, when R is constant and the weight Q is increased, a solution that relatively reduces the tracking error to the target value with the same energy of u (k) is obtained. Decreasing the value provides a solution that the tracking error to the target value may be relatively large. On the other hand, when the weight Q is constant and R is increased, it means that a constant target value followability is achieved with less energy. Conversely, when the weight Q is small, a constant target value followability is achieved with large energy. Is meant to do. Such an evaluation function actually causes an operation amount such that a component in the high frequency band as shown in FIG. 4 remains high.

ここで予測期間Nに対応するため拡大系を定義すると、(1)式は以下のように書き換えられる。   Here, when the expansion system is defined to correspond to the prediction period N, the expression (1) is rewritten as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
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Figure 2012167577
なお、Xは2N次元の状態ベクトルであり、Uも2N次元の操作量ベクトルである。
Figure 2012167577
X is a 2N-dimensional state vector, and U is also a 2N-dimensional manipulated variable vector.

さらに、目標値r(k)に関しても2N次元の目標値ベクトルとして以下のように表す。   Further, the target value r (k) is expressed as a 2N-dimensional target value vector as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

(6)式と(8)式とを用いて(4)式の評価関数を書き換えると以下のようになる。   When the evaluation function of equation (4) is rewritten using equations (6) and (8), the result is as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
Figure 2012167577

さらに、(5)式の関係を(9)式に代入すると以下のようになる。   Furthermore, substituting the relationship of equation (5) into equation (9) yields the following.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

但し、γはUに無関係の項をまとめたものである。   However, γ is a summary of terms unrelated to U.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

(11)式におけるJ(k)を最適化するUopt(k)は、以下の条件を満す。   Uopt (k) that optimizes J (k) in equation (11) satisfies the following conditions.

Figure 2012167577
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従って、以下のように表される。   Therefore, it is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

従って、Uopt(k)は、以下のように表される。   Therefore, Uopt (k) is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
Figure 2012167577

最終的に、時刻kにおけるVNTノズル開度及びEGRバルブ開度の操作量の最適値uopt(k)は、以下のように表される。 Finally, the optimum values u opt (k) of the manipulated variables of the VNT nozzle opening and the EGR valve opening at time k are expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
Figure 2012167577

このような制御を行う場合におけるブロック線図を図7に示す。エンジン回転数及び燃料噴射量が入力されると、計画器は、それらに応じた基準値uref(k)及び目標値s(k)を出力する。目標値s(k)には、参照軌道行列Tが乗じられて参照軌道、すなわち目標ベクトルT(k)が生成される。 A block diagram in the case of performing such control is shown in FIG. When the engine speed and the fuel injection amount are input, the planner outputs a reference value u ref (k) and a target value s (k) corresponding to them. The target value s (k) is multiplied by a reference trajectory matrix T to generate a reference trajectory, that is, a target vector T (k).

念のため目標ベクトルT(k)について示しておく。本実施の形態では、ステップ応答で1次遅れ要素を介したときの応答の、時刻kからk+Nまでの時系列値を目標ベクトルT(k)とする。伝達関数で表すと以下のとおりである。   As a precaution, the target vector T (k) is shown. In the present embodiment, the time series value from time k to k + N of the response when the step response is via the first-order lag element is set as the target vector T (k). The transfer function is as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

ここでTrは参照軌道の1次遅れの時定数である。Trを短くすると、即応性のある応答を、長くすると、ゆっくりした応答となる。   Here, Tr is a time constant of the first order delay of the reference trajectory. When Tr is shortened, a quick response is obtained, and when Tr is lengthened, a slow response is obtained.

これを時間応答に変換すると以下のように表される。   When this is converted into a time response, it is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

これは、以下のようなベクトルで表される。   This is represented by the following vector.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

そして、Tsをサンプリング周期として、t=Ts×i、iは1からNとすると以下のように展開される。   Then, assuming that Ts is a sampling period, t = Ts × i, and i is 1 to N, the following is developed.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

時刻t0をTs×kと置くと、以下のように表される。 When time t 0 is set as Ts × k, it is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

但し、s(k)は[smaf,smapTであるから、参照軌道行列Tは、2N行×2列の以下のような行列である。 However, since s (k) is [s maf , s map ] T , the reference trajectory matrix T is a 2N row × 2 column matrix as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

ここで、参照軌道の時定数Trについて、MAFとMAPをTrmaf、Trmapとして、個別に設定してもよい。   Here, regarding the time constant Tr of the reference trajectory, MAF and MAP may be individually set as Trmaf and Trmap.

一方、エンジン特性の測定値x(k)には(7)式のΨが乗じられて、Ψx(k)が算出される。そして、E(k)=T(k)−Ψx(k)が算出されて、MPCの主制御器に入力され、M2x2N-1ΘTQ~(Q~又はQbarはQバーを表す)がE(k)に乗じられる。MPCの主制御器の出力であるuopt(k)は、計画器が出力した基準値uref(k)と加算されて、エンジンに入力される。 On the other hand, the measured value x (k) of the engine characteristic is multiplied by Ψ in Expression (7) to calculate Ψx (k). Then, E (k) = T (k) −Ψx (k) is calculated and input to the main controller of the MPC, and M 2x2N H −1 Θ T ( or Q bar represents Q bar) ) Is multiplied by E (k). U opt (k), which is the output of the main controller of the MPC, is added to the reference value u ref (k) output from the planner and input to the engine.

これに対して、本実施の形態では、予測期間Nにおける各操作量と現在時刻kの1サンプル前の値との差分で評価関数を定義するものである。1サンプル前の操作量をu~=u(k−1)(u~又はubarはuバーを表す)とすると、評価関数J(k)は以下のように表される。 On the other hand, in this embodiment, the evaluation function is defined by the difference between each operation amount in the prediction period N and the value one sample before the current time k. If the operation amount one sample before is u ~ = u (k-1) (u ~ or u bar represents u bar), the evaluation function J (k) is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

なお、(2−1)式の2行目で明らかなように、予測期間Nにおいて全ての操作量について現時点kの1サンプル前の操作量を引いた上で評価する点において特徴がある。このような差を小さくするように操作量を算出することで、操作量の変動が小さくなる。   Note that, as is apparent from the second line of the equation (2-1), there is a feature in that all the operation amounts in the prediction period N are evaluated after subtracting the operation amount one sample before the current k. By calculating the operation amount so as to reduce such a difference, fluctuations in the operation amount are reduced.

ここで以下のような定義を行う。   Here, the following definitions are made.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

この(2−2)式をさらに用いて(4)式から(11)式への変換と同様な変換を、(2−1)式にも行うと、以下のようになる。   When the same conversion as the conversion from the expression (4) to the expression (11) is performed on the expression (2-1) by further using the expression (2-2), the result is as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

そして、(2−3)式におけるJ(k)を最小化するUopt(k)は、以下の条件を満たす。   Uopt (k) that minimizes J (k) in equation (2-3) satisfies the following condition.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

そうすると、以下のように(2−3)式は表される。   Then, the expression (2-3) is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

従って、Uopt(k)は、以下のように表される。   Therefore, Uopt (k) is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

(2−5)式は、(14)式と比較すると、第2項が加わっていることが分かる。この第2項によって、後に述べるように、操作量の急激な変動を抑制できるようになる。   It can be seen that the second term is added to the expression (2-5) when compared with the expression (14). As will be described later, this second term makes it possible to suppress rapid fluctuations in the operation amount.

最終的には、uopt(k)は以下のように表される。 Finally, u opt (k) is expressed as follows:

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
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本実施の形態では、(2−7)式に基づく制御を行う。図8に、本技術の実施の形態に係るエンジンの一例としてディーゼルエンジンを示す。エンジン本体1には、エンジン本体1からの排ガスを供給する排気循環器EGRと、排ガスの圧力にてタービンを回して新気(Fresh Air)を圧縮してエンジン本体1に供給する可変ノズルターボVNTとが接続されている。可変ノズルターボVNTのノズル開度を調整することによって、可変ノズルターボVNTのタービンの回転が調整され、吸気圧(MAP)センサで測定される吸気圧(MAP)が調整される。一方、排気循環器EGRに設けられているEGRバルブのバルブ開度を調整することによって、新気量(MAF)センサで測定される新気量(MAF)が調整される。   In the present embodiment, control based on equation (2-7) is performed. FIG. 8 shows a diesel engine as an example of an engine according to an embodiment of the present technology. The engine body 1 includes an exhaust circulator EGR that supplies exhaust gas from the engine body 1, and a variable nozzle turbo VNT that compresses fresh air by rotating the turbine with the pressure of the exhaust gas and supplies the compressed air to the engine body 1. And are connected. By adjusting the nozzle opening of the variable nozzle turbo VNT, the rotation of the turbine of the variable nozzle turbo VNT is adjusted, and the intake pressure (MAP) measured by the intake pressure (MAP) sensor is adjusted. On the other hand, the fresh air amount (MAF) measured by the fresh air amount (MAF) sensor is adjusted by adjusting the valve opening degree of the EGR valve provided in the exhaust gas circulator EGR.

本実施の形態に係るエンジン制御装置1000には、MAPセンサからの吸気圧測定値と、MAFセンサからの新気量測定値と、外部から与えられる燃料噴射量の設定値と、同じく外部から与えられるエンジン回転数の設定値とが入力されるようになっている。また、エンジン制御装置1000からは、EGRバルブのバルブ開度の操作量がEGRバルブに出力され、VNTノズルのノズル開度の操作量がVNTノズルに出力されるようになっている。   In the engine control apparatus 1000 according to the present embodiment, an intake pressure measurement value from the MAP sensor, a fresh air amount measurement value from the MAF sensor, a set value of the fuel injection amount given from the outside, and the same are given from the outside. And the set value of the engine speed to be input. Further, from the engine control apparatus 1000, the operation amount of the valve opening of the EGR valve is output to the EGR valve, and the operation amount of the nozzle opening of the VNT nozzle is output to the VNT nozzle.

本実施の形態に係るエンジン制御装置1000のブロック線図を図9に示す。すなわち、燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値とが入力されて、燃料噴射量の値及びエンジン回転数の値に対応付けてEGRバルブ開度の目標値及びVNTノズル開度の目標値の組み合わせと新気量MAFの基準値及び吸気圧MAPの基準値の組み合わせが登録されている計画器110から、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に対応するEGRバルブ開度の目標値及びVNTノズル開度の目標値s(k)と、新気量MAFの基準値及び吸気圧MAPの基準値uref(k)とを読み出す。 FIG. 9 shows a block diagram of engine control apparatus 1000 according to the present embodiment. That is, the fuel injection amount set value and the engine speed set value are input, and the EGR valve opening target value and the VNT nozzle opening target value are associated with the fuel injection amount value and the engine speed value. EGR valve opening corresponding to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed from the planner 110 in which the combination of the value, the reference value of the fresh air amount MAF and the reference value of the intake pressure MAP is registered , The VNT nozzle opening target value s (k), the fresh air amount MAF reference value, and the intake pressure MAP reference value u ref (k).

なお、計画器110は、例えば燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値とを行列設定器112に出力する。燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値ではなく、目標値及び基準値を特定する際に用いた他のパラメータ値であってもよい。行列設定器112は、燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値に応じて適切な行列A、B、Q及びRを特定して、(2−7)式の計算を行うのに用いられる他の行列を算出して、MPC主制御部114及び変動抑制部118に設定する。T及びΨについても設定がなされる。このような行列の設定は、例えば所定期間ごと、又は大幅に燃料噴射量とエンジン回転数とのうち少なくとも何れかが変化した場合などに実施する。   The planner 110 outputs, for example, a set value of the fuel injection amount and a set value of the engine speed to the matrix setter 112. Instead of the setting value of the fuel injection amount and the setting value of the engine speed, other parameter values used when specifying the target value and the reference value may be used. The matrix setter 112 is used to specify the appropriate matrices A, B, Q, and R according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, and to calculate the equation (2-7). Is calculated and set in the MPC main control unit 114 and the fluctuation suppression unit 118. Settings are also made for T and Ψ. Such a matrix setting is carried out, for example, every predetermined period or when there is a significant change in at least one of the fuel injection amount and the engine speed.

そして、計画器110が出力したEGRバルブ開度の目標値及びVNTノズル開度の目標値s(k)に、参照軌道行列Tを乗じて2N次元の目標ベクトルT(k)を算出すると共に、エンジン特性120の測定値x(k)にΨを乗じて2N次元の応答ベクトルΨx(k)を算出する。そうすると、2N次元の誤差ベクトルE(k)=T(k)−Ψx(k)が得られる。   Then, the 2N-dimensional target vector T (k) is calculated by multiplying the target value s (k) of the EGR valve opening and the target value s (k) of the VNT nozzle opening output from the planner 110 by the reference trajectory matrix T, The measured value x (k) of the engine characteristic 120 is multiplied by ψ to calculate a 2N-dimensional response vector ψx (k). Then, a 2N-dimensional error vector E (k) = T (k) −Ψx (k) is obtained.

この誤差ベクトルE(k)は、MPC主制御部114に入力される。MPC主制御部114は、M2x2N-1ΘTQ~をE(k)に乗じて出力する。MPC主制御部114の出力と変動抑制部118の出力とが加算されて、最適操作量uopt(k)が算出される。この最適操作量uopt(k)は、計画器110が出力したフィードフォワード値uref(k)と加算されてエンジン特性120に出力される。すなわち、uopt(k)+uref(k)によって、VNTノズル開度及びEGRバルブ開度が制御される。 The error vector E (k) is input to the MPC main control unit 114. The MPC main control unit 114 multiplies E (k) by M 2 × 2N H −1 Θ T and outputs the result. The output of the MPC main control unit 114 and the output of the fluctuation suppressing unit 118 are added to calculate the optimum operation amount u opt (k). The optimum operation amount u opt (k) is added to the feedforward value u ref (k) output from the planner 110 and output to the engine characteristic 120. That is, the VNT nozzle opening and the EGR valve opening are controlled by u opt (k) + u ref (k).

なお、前操作量行列生成部116は、uopt(k)を1サンプル時間遅延させた上で(2−2)式の行列U~を生成して変動抑制部118に出力する。変動抑制部118は、U~に対して(2−7)式の第2項であるM2x2N-1R~を乗じてM2x2N-1R~U~(R~又はRbarはRバーを表す。)を算出する。そうすると、次のサンプル時間でMPC主制御部114の出力と加算される。 The pre-operation amount matrix generation unit 116 delays u opt (k) by one sample time, generates a matrix U˜ of the equation (2-2), and outputs the generated matrix U˜ to the fluctuation suppression unit 118. Fluctuation suppressing unit 118, U ~ against (2-7) M 2x2N H -1 R ~ U ~ M 2x2N H -1 multiplied by the R ~ a is a second term of the formula (R ~ or R bar is R Represents a bar). Then, it is added to the output of the MPC main controller 114 at the next sample time.

次に、エンジン制御装置1000の詳細な処理内容について図10及び図11を用いて説明する。   Next, detailed processing contents of the engine control apparatus 1000 will be described with reference to FIGS. 10 and 11.

まず、エンジン制御装置1000は、k=0に設定する(図10:ステップS1)。また、エンジン制御装置1000は、初期設定を実施する(ステップS3)。具体的には、行列設定器112が、例えばk=0におけるエンジン回転数及び燃料噴射量に応じたプラント行列A及びBを取得すると共に、重み行列Q及びR、予測期間N、初期値x(0)及びu(0)、初期U~(U~又はUbarはUバーを表す。)及び参照軌道行列Tのための時定数Tr等を取得する。これらのデータについては、予めメモリなどに保持しておき、該当データを読み出す。 First, the engine control apparatus 1000 sets k = 0 (FIG. 10: step S1). Further, the engine control apparatus 1000 performs initial setting (step S3). Specifically, the matrix setter 112 acquires, for example, plant matrices A and B corresponding to the engine speed and the fuel injection amount at k = 0, a weight matrix Q and R, a prediction period N, an initial value x ( 0) and u (0), initial U˜ ( or U bar represents U bar), time constant Tr for reference trajectory matrix T, and the like are acquired. These data are stored in advance in a memory or the like, and the corresponding data is read out.

さらに、エンジン制御装置1000の行列設定器112は、初期計算として、上で述べたように参照軌道行列Tを算出し、設定する(ステップS5)。さらに、行列設定器112は、MPC主制御部114及び変動抑制部118で用いる行列H-1=(ΘTQ~Θ)-1及びΘTQ~などを算出し、設定する。また、初期U~を用いて初期のR~U~を算出して設定する。さらに、H-1ΘTQ~を算出し設定する(ステップS7)。処理は端子Aを介して、図11の処理に移行する。 Further, the matrix setting unit 112 of the engine control apparatus 1000 calculates and sets the reference trajectory matrix T as described above as an initial calculation (step S5). Further, the matrix setting unit 112 calculates and sets matrices H −1 = (Θ T Q˜Θ) −1 and Θ T Q˜ used by the MPC main control unit 114 and the fluctuation suppression unit 118. Further, the initial R˜U˜ is calculated and set using the initial U˜. Further, H −1 Θ T Q˜ is calculated and set (step S7). The processing shifts to the processing in FIG.

図11の処理の説明に移行して、エンジン制御装置1000は、kを1インクリメントし(ステップ9)、MAPセンサ及びMAFセンサから状態x(k)を取得し、現時刻におけるエンジン回転数及び燃料噴射量の設定値を取得すると共にそれらに対応する目標値s(k)を計画器110から取得する(ステップS11)。なお、エンジン制御装置1000は、計画器110から現時刻におけるエンジン回転数及び燃料噴射量に対応する基準値urefも取得する。 Shifting to the description of the processing in FIG. 11, the engine control apparatus 1000 increments k by 1 (step 9), acquires the state x (k) from the MAP sensor and the MAF sensor, and determines the engine speed and fuel at the current time. The set value of the injection amount is acquired and the target value s (k) corresponding to them is acquired from the planner 110 (step S11). The engine control apparatus 1000 also acquires a reference value u ref corresponding to the engine speed and the fuel injection amount at the current time from the planner 110.

そして、エンジン制御装置1000は、目標値ベクトルT(k)(=Ts(k)を算出する(ステップS13)。また、エンジン制御装置1000は、目標ベクトルT(k)と応答ベクトルΨx(k)との誤差ベクトルE(k)を算出する(ステップS15)。そして、エンジン制御装置1000は、U~を考慮した最適操作量ベクトルUopt(k)を算出する(ステップS17)。このステップでは、誤差ベクトルE(k)に対してMPC主制御部114でH-1ΘTQ~を乗じる。また、k−1=0の場合を除きUopt(k−1)からU~ベクトルを生成し、k−1=0の場合には初期U~をそのまま用い、当該U~ベクトルを用いて変動抑制部118によりH-1R~U~を算出する。MPC主制御部114の出力と変動抑制部118の出力との和によりUopt(k)が算出される。 Then, engine control apparatus 1000 calculates target value vector T (k) (= Ts (k) (step S13), and engine control apparatus 1000 also includes target vector T (k) and response vector Ψx (k). Is calculated (step S15), and the engine control apparatus 1000 calculates an optimum manipulated variable vector Uopt (k) in consideration of U˜ (step S17). The MPC main controller 114 multiplies the vector E (k) by H −1 Θ T Q˜, and generates a U˜ vector from Uopt (k−1) except for the case of k−1 = 0. When −1 = 0, the initial U˜ is used as it is, and H −1 R˜U˜ is calculated by using the U˜ vector by the fluctuation suppressing unit 118. The output of the MPC main control unit 114 and the fluctuation suppressing unit 118. With the output of Uopt (k) is calculated.

また、エンジン制御装置1000は、ステップS17の結果に対してM2x2Nを乗じて、現時刻kにおける最適操作量uopt(k)を算出し(ここでは抽出し)、さらに基準値uref(k)を加算することで操作量の指令値を算出し、当該指令値をエンジン1のVNTノズル及びEGRバルブに出力する(ステップS19)。 Further, the engine control device 1000 multiplies the result of step S17 by M 2x2N to calculate (extract here) the optimum operation amount u opt (k) at the current time k, and further, the reference value u ref (k ) Is calculated, and the command value of the manipulated variable is calculated, and the command value is output to the VNT nozzle and the EGR valve of the engine 1 (step S19).

この部分の演算については、行列の性質を用いて変更することができる。具体的には、MPC主制御部114でM2x2Nを乗じてしまい、さらに変動抑制部118でもM2x2Nを乗じてしまうようにしても良い。 The calculation of this part can be changed using the property of the matrix. Specifically, the MPC main control unit 114 may multiply M 2x2N , and the fluctuation suppression unit 118 may also multiply M 2x2N .

さらに、エンジン制御装置1000の前操作量行列生成部116は、u(k-1)=uopt(k)と設定して、u(k-1)から新たなU~を生成してメモリに保持する(ステップS21)。新たなU~については次にkを1インクリメントした後に使用する。 Further, the pre-operation amount matrix generation unit 116 of the engine control apparatus 1000 sets u (k−1) = u opt (k), generates a new U˜ from u (k−1), and stores it in the memory. Hold (step S21). The new U is used after k is incremented by one.

そして、エンジン制御装置1000は、kが予め設定された最大値kmaxに達したか判断する(ステップS23)。kがkmaxに達していない場合には、処理はステップS9に戻る。一方、kがkmaxに達した場合には、処理を終了する。例えば、ステップS1に戻って、初期設定から処理を開始する。 Then, engine control apparatus 1000 determines whether k has reached a preset maximum value k max (step S23). If k has not reached k max , the process returns to step S9. On the other hand, when k reaches k max , the process is terminated. For example, returning to step S1, processing is started from the initial setting.

以上のような処理を実施することで、操作量指令値の急激な変動を抑制することができる。なお、図10のステップS3の内、システム行列A、B、重みQ、R、Urefの読み込み、および、ステップS7の定数行列の計算を、図11のステップS9とステップS11の間に入れることにより、毎回、運転条件が変わってシステム行列が変化する場合に対応することもできる。具体的な実験結果を図12及び図13に示す。図12では、横軸は周波数を表し、縦軸はパワー(dB)を表す。太線は本実施の形態におけるEGRバルブ開度の操作量指令値を表し、細線は従来のMPCによるEGRバルブに対する操作量指令値を表す。このように高周波帯域におけるパワーが従来のMPCよりも下がっている。また、図13でも、横軸は周波数を表し、縦軸はパワー(dB)を表す。太線は本実施の形態におけるVNTノズルに対する操作量指令値を表し、細線は従来のMPCによるVNTノズルに対する操作量指令値を表している。このようにVNTノズルに対する操作量指令値についても、高周波帯域におけるパワーが従来のMPCより下がっていることが分かる。このように、操作量指令値の急激な変動を抑制して安定的な制御が行われるようになる。   By performing the processing as described above, it is possible to suppress a rapid fluctuation in the operation amount command value. In step S3 in FIG. 10, the system matrix A, B, weights Q, R, Uref are read, and the constant matrix calculation in step S7 is inserted between step S9 and step S11 in FIG. Each time, it is possible to cope with a case where the operating conditions change and the system matrix changes. Specific experimental results are shown in FIGS. In FIG. 12, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents power (dB). The thick line represents the operation amount command value for the EGR valve opening in the present embodiment, and the thin line represents the operation amount command value for the EGR valve by the conventional MPC. Thus, the power in the high frequency band is lower than that of the conventional MPC. Also in FIG. 13, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents power (dB). The thick line represents the operation amount command value for the VNT nozzle in the present embodiment, and the thin line represents the operation amount command value for the VNT nozzle by the conventional MPC. Thus, it can be seen that the operation amount command value for the VNT nozzle also has a lower power in the high frequency band than in the conventional MPC. In this way, stable control is performed while suppressing rapid fluctuations in the manipulated variable command value.

[実施の形態2]
EGRバルブ及びVNTノズルは、開閉されるものであるから、全閉が0、全開が1又は100といったように、制約を有する。従って、このような制約を考慮して前述したような評価関数J(k)を最小にする解を求めることになる。すなわち、モデル予測制御では、このような制約条件の下での最適化問題を解くことになる。
[Embodiment 2]
Since the EGR valve and the VNT nozzle are opened and closed, there are restrictions such that the fully closed state is 0 and the fully open state is 1 or 100. Therefore, a solution that minimizes the evaluation function J (k) as described above is obtained in consideration of such restrictions. That is, in model predictive control, the optimization problem under such a constraint condition is solved.

より具体的には、操作量に対する制約条件は以下のように表される。   More specifically, the constraint condition on the operation amount is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

ここで、a,bは、EGRの下限値、上限値を、c,dは、VNTの下限値、上限値を示す。   Here, a and b are the lower limit and upper limit of EGR, and c and d are the lower and upper limits of VNT.

(3−1)式を以下のような形式で表現することを考える。   Consider expressing the expression (3-1) in the following format.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

まず、(3−1)式は以下のように変形される。   First, equation (3-1) is modified as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

そして(3−3)式は以下のように表現される。   The expression (3-3) is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
Figure 2012167577

さらに、U(k)の全ての要素について上記の制約が課される。すなわち、以下のように表される。   Furthermore, the above constraints are imposed on all elements of U (k). That is, it is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

これをまとめると以下のように表される。   This can be summarized as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
Figure 2012167577

一方、制御量に対する制約条件は、以下のように表される。なお、上限値及び下限値に同じa,b,c,dを使用しているが、上で述べたa,b,c,dとは異なる。   On the other hand, the constraint condition for the controlled variable is expressed as follows. Although the same a, b, c, and d are used for the upper limit value and the lower limit value, they are different from the above-described a, b, c, and d.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

ここで、a,bは、MAFの下限値、上限値を、c,dは、MAPの下限値、上限値を示す。   Here, a and b are the lower limit value and upper limit value of MAF, and c and d are the lower limit value and upper limit value of MAP.

(3−9)式は、以下のような形式で表現することを考える。   The expression (3-9) is considered to be expressed in the following format.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
Figure 2012167577

さらに(3−11)式は以下のように表すこともできる。   Furthermore, the expression (3-11) can also be expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
Figure 2012167577

さらに、X(k)の全ての要素について上記の制約が課される。すなわち、以下のように表される。   Furthermore, the above constraints are imposed on all elements of X (k). That is, it is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

従って、これをまとめると以下のように表される。   Therefore, this can be summarized as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
Figure 2012167577

(3−14)式にX(k)=Ψx(k)+ΘU(k)を代入すると以下のように表される。   Substituting X (k) = Ψx (k) + ΘU (k) into the expression (3-14), it is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

以上の制約条件をまとめると以下のように表される。   The above constraint conditions are summarized as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

(3−17)式を満たさないようなU(k)が算出された場合には、以下のような(3−17)式の制約条件を満たし且つ(2−3)式のJ(k)を最小化するU(k)を見つけるという最適化問題を解くことになる。すなわち、最適化問題は以下のように表される。   When U (k) that does not satisfy the expression (3-17) is calculated, the following constraint condition of the expression (3-17) is satisfied, and J (k) of the expression (2-3) The optimization problem of finding U (k) that minimizes. That is, the optimization problem is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

(3−18)式の解法としては、QP問題、ラグランジュ乗数法、アクティブセット法、内点法などが存在しているので、ここでは詳しく述べない。   There are QP problems, a Lagrange multiplier method, an active set method, an interior point method, and the like as a solution method of the expression (3-18), and thus will not be described in detail here.

このような制約条件を考慮した場合のブロック線図の一例を図14に示す。具体的には、燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値とが入力されて、燃料噴射量の値及びエンジン回転数の値に対応付けてEGRバルブ開度の目標値及びVNTノズル開度の目標値の組み合わせと新気量MAFの基準値及び吸気圧MAPの基準値の組み合わせが登録されている計画器210から、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に対応するEGRバルブ開度の目標値及びVNTノズル開度の目標値s(k)と、新気量MAFの基準値及び吸気圧MAPの基準値uref(k)とを読み出す。 FIG. 14 shows an example of a block diagram in consideration of such a constraint condition. Specifically, the fuel injection amount setting value and the engine speed setting value are input, and the target value of the EGR valve opening and the VNT nozzle opening are associated with the fuel injection amount value and the engine speed value. EGR corresponding to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed from the planner 210 in which the combination of the target value of the engine degree, the reference value of the fresh air amount MAF and the reference value of the intake pressure MAP is registered The target value of the valve opening and the target value s (k) of the VNT nozzle opening, the reference value of the fresh air amount MAF, and the reference value u ref (k) of the intake pressure MAP are read out.

なお、計画器210は、例えば燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値とを行列設定器212に出力する。燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値ではなく、目標値及び基準値を特定する際に用いた他のパラメータ値であってもよい。行列設定器212は、例えば燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値に応じて適切な行列A、B、Q、Rを特定し、(2−7)式及び(3−17)式の計算を行うのに用いられる他の行列を算出して、最適化器214等に設定する。T及びΨについても設定がなされる。このような行列の設定は、例えば所定期間ごと、又は大幅に燃料噴射量とエンジン回転数とのうち少なくとも何れかが変化した場合などに実施する。   The planner 210 outputs, for example, a fuel injection amount set value and an engine speed set value to the matrix setter 212. Instead of the setting value of the fuel injection amount and the setting value of the engine speed, other parameter values used when specifying the target value and the reference value may be used. The matrix setting unit 212 identifies appropriate matrices A, B, Q, and R according to, for example, the setting value of the fuel injection amount and the setting value of the engine speed, and the expressions (2-7) and (3-17) The other matrix used for the calculation is calculated and set in the optimizer 214 or the like. Settings are also made for T and Ψ. Such a matrix setting is carried out, for example, every predetermined period or when there is a significant change in at least one of the fuel injection amount and the engine speed.

そして、計画器210が出力したEGRバルブ開度の目標値及びVNTノズル開度の目標値s(k)に、参照軌道行列Tを乗じて2N次元の目標ベクトルT(k)を算出すると共に、エンジン特性120の測定値x(k)にΨを乗じて2N次元の応答ベクトルΨx(k)を算出する。そうすると、2N次元の誤差ベクトルE(k)=T(k)−Ψx(k)が得られる。   Then, the 2N-dimensional target vector T (k) is calculated by multiplying the target value s (k) of the EGR valve opening and the target value s (k) of the VNT nozzle opening output from the planner 210 by the reference trajectory matrix T, The measured value x (k) of the engine characteristic 120 is multiplied by ψ to calculate a 2N-dimensional response vector ψx (k). Then, a 2N-dimensional error vector E (k) = T (k) −Ψx (k) is obtained.

この誤差ベクトルE(k)は、最適化器214に入力される。最適化器214は、第1の実施の形態におけるMPC主制御部114、前操作量行列生成部116及び変動抑制部118の機能と、最適化演算部の機能とを含む。具体的には、U(k)=H-1ΘTQ~E(k)+H-1R~U~を算出し、(3−17)式を満たすか否かを判断する。(3−17)式を満たす場合には、最適化演算部での処理を省略して、U(k)=Uopt(k)としてM2x2NUopt(k)=uopt(k)を生成する。一方、(3−17)式が満たされない場合には、最適化演算部は(3−18)式を解く処理を実施する。(3−18)式の解をUopt(k)としてM2x2NUopt(k)=uopt(k)を生成する。
なお,(3−17)式におけるfに含まれる、EGRとVNTに関する制約のa,b,c,dの値は、フィードフォワード値uref(k)を加算した値が飽和しているか否かを判定できるような値に設定されているものとする
This error vector E (k) is input to the optimizer 214. The optimizer 214 includes the functions of the MPC main control unit 114, the pre-operation amount matrix generation unit 116 and the fluctuation suppression unit 118 in the first embodiment, and the function of the optimization calculation unit. Specifically, U (k) = H −1 Θ T Q˜E (k) + H −1 R˜U˜ is calculated, and it is determined whether or not Expression (3-17) is satisfied. When the expression (3-17) is satisfied, the processing in the optimization calculation unit is omitted, and M 2x2N Uopt (k) = u opt (k) is generated as U (k) = Uopt (k). On the other hand, when the expression (3-17) is not satisfied, the optimization calculation unit performs processing for solving the expression (3-18). M 2x2N Uopt (k) = u opt (k) is generated with the solution of the expression (3-18) as Uopt (k).
It should be noted that the values of a, b, c, d of the constraints on EGR and VNT included in f in the expression (3-17) are values obtained by adding the feedforward value u ref (k) or not. Is set to a value that can determine

そして、最適化器214の出力である最適操作量uopt(k)は、計画器210が出力したフィードフォワード値uref(k)と加算されてエンジン特性120に出力される。すなわち、uopt(k)+uref(k)によって、VNTノズル開度及びEGRバルブ開度が制御される。 The optimum manipulated variable u opt (k), which is the output of the optimizer 214, is added to the feedforward value u ref (k) output from the planner 210 and output to the engine characteristic 120. That is, the VNT nozzle opening and the EGR valve opening are controlled by u opt (k) + u ref (k).

なお、最適化器214では、uopt(k)を1サンプル時間遅延させて(2−2)式の行列を生成してメモリに保持しておく。 Note that the optimizer 214 delays u opt (k) by one sample time, generates a matrix of equation (2-2), and stores it in the memory.

次に、エンジン制御装置1000の詳細な処理内容について図15及び図16を用いて説明する。   Next, detailed processing contents of the engine control apparatus 1000 will be described with reference to FIGS. 15 and 16.

まず、エンジン制御装置1000は、k=0に設定する(図15:ステップS31)。また、エンジン制御装置1000は、初期設定を実施する(ステップS33)。具体的には、行列設定器212が、例えばk=0におけるエンジン回転数及び燃料噴射量に応じたプラント行列A及びBを取得すると共に、重み行列Q及びR、予測期間N、初期値x(0)及びu(0)、初期U~及び時定数Tr等を取得する。これらのデータについては、予めメモリなどに保持しておき、該当データを読み出す。   First, the engine control apparatus 1000 sets k = 0 (FIG. 15: Step S31). In addition, the engine control apparatus 1000 performs initial setting (step S33). Specifically, the matrix setting unit 212 acquires plant matrices A and B corresponding to, for example, the engine speed and the fuel injection amount at k = 0, the weight matrices Q and R, the prediction period N, the initial value x ( 0) and u (0), initial U˜, time constant Tr, and the like are acquired. These data are stored in advance in a memory or the like, and the corresponding data is read out.

さらに、エンジン制御装置1000の行列設定器212は、メモリなどに格納されている制約条件(上の説明におけるa,b,c及びd2セット。具体的には、VNTノズル開度の上限値及び下限値、EGRバルブ開度の上限値及び下限値、xmafの上限値及び下限値、並びにxmapの上限値及び下限値)を取得する(ステップS35)。 Further, the matrix setting unit 212 of the engine control apparatus 1000 includes constraints (a, b, c, and d2 sets in the above description. Specifically, the upper limit value and the lower limit of the VNT nozzle opening degree are stored in a memory or the like. Value, upper limit value and lower limit value of EGR valve opening, upper limit value and lower limit value of x maf , and upper limit value and lower limit value of x map ) are acquired (step S35).

また、エンジン制御装置1000は、初期計算として、参照軌道行列Tを算出し、設定する(ステップS37)。さらに、行列設定器212は、最適化器214で用いる定数行列H-1=(ΘTQ~Θ)-1及びΘTQ~等、制約拡大行列f、F、g及びGを算出し、設定する。また、初期U~を用いて初期のR~U~(R~はRのバーを表す)を算出して設定する。さらに、H-1ΘTQ~も算出して設定する(ステップS39)。処理は端子Bを介して、図16の処理に移行する。 Further, the engine control apparatus 1000 calculates and sets a reference trajectory matrix T as an initial calculation (step S37). Further, the matrix setter 212 calculates the constraint expansion matrices f, F, g, and G, such as the constant matrices H −1 = (Θ T Q˜Θ) −1 and Θ T Q˜ used by the optimizer 214, Set. Also, an initial R˜U˜ (R˜ represents a bar of R) is calculated and set using the initial U˜. Further, H −1 Θ T Q˜ is also calculated and set (step S39). The processing shifts to the processing in FIG.

図16の処理の説明に移行して、エンジン制御装置1000は、kを1インクリメントし(ステップS41)、MAPセンサ及びMAFセンサから状態x(k)を取得し、現時刻kにおけるエンジン回転数及び燃料噴射量を取得して計画器210から当該エンジン回転数及び燃料噴射量に対応する目標値s(k)を取得する(ステップS43)。なお、エンジン制御装置1000は、計画器210から現時刻kにおけるエンジン回転数及び燃料噴射量に対応する基準値uref(k)も取得する。 Shifting to the description of the processing in FIG. 16, the engine control apparatus 1000 increments k by 1 (step S41), acquires the state x (k) from the MAP sensor and the MAF sensor, The fuel injection amount is acquired, and the target value s (k) corresponding to the engine speed and the fuel injection amount is acquired from the planner 210 (step S43). The engine control apparatus 1000 also acquires a reference value u ref (k) corresponding to the engine speed and the fuel injection amount at the current time k from the planner 210.

そして、エンジン制御装置1000は、目標値ベクトルT(k)(=Ts(k)を算出する(ステップS45)。また、エンジン制御装置1000は、目標ベクトルT(k)と応答ベクトルΨx(k)との誤差ベクトルE(k)を算出する(ステップS47)。そして、エンジン制御装置1000の最適化器214は、U~を考慮した最適操作量ベクトルU(k)を算出する(ステップS49)。このステップでは、誤差ベクトルE(k)に対してH-1ΘTQ~を乗じる。また、k−1=0の場合を除きUopt(k−1)からU~ベクトルを生成し、k−1=0の場合には初期U~をそのまま用い、当該U~ベクトルからH-1R~U~を算出する。そして、U(k)=H-1ΘTQ~E(k)+H-1R~U~が算出される。 Then, engine control apparatus 1000 calculates target value vector T (k) (= Ts (k) (step S45), and engine control apparatus 1000 also includes target vector T (k) and response vector Ψx (k). (Step S47) Then, the optimizer 214 of the engine control apparatus 1000 calculates an optimum manipulated variable vector U (k) considering U˜ (step S49). In this step, the error vector E (k) is multiplied by H −1 Θ T Q˜, except for the case where k−1 = 0, a U˜ vector is generated from Uopt (k−1), and k− . using the initial U ~ in the case of 1 = 0, and calculates the H -1 R ~ U ~ from the U ~ vector and, U (k) = H -1 Θ T Q ~ E (k) + H - 1 R ~ U ~ is calculated.

そして、エンジン制御装置1000は、(3−17)式の制約条件を満たしているかを判断する(ステップS51)。制約条件を満たしているU(k)が得られた場合には、ステップS49で得られたU(k)=Uopt(k)としてステップS55に移行する。一方、制約条件を満たしているU(k)が得られなかった場合には、エンジン制御装置1000の最適化器214は、(3−18)式に従って最適化処理を実施してUopt(k)を算出する(ステップS53)。なお、(3−17)式におけるfに含まれる,EGRとVNTに関する制約のa,b,c,dの値は、フィードフォワード値uref(k)を加算した値が飽和しているか否かを判定できるような値に設定されているものとする。 Then, the engine control apparatus 1000 determines whether or not the constraint condition of the expression (3-17) is satisfied (step S51). When U (k) satisfying the constraint condition is obtained, the process proceeds to step S55 as U (k) = Uopt (k) obtained in step S49. On the other hand, when U (k) satisfying the constraint condition is not obtained, the optimizer 214 of the engine control apparatus 1000 performs optimization processing according to the equation (3-18) and performs Uopt (k) Is calculated (step S53). It should be noted that the values of a, b, c, and d of the constraints on EGR and VNT included in f in the equation (3-17) are saturated whether the value obtained by adding the feedforward value u ref (k) is saturated. Is set to such a value that can be determined.

また、エンジン制御装置1000の最適化器214は、ステップS49又はS53の結果に対してM2x2Nを乗じて、現時刻kにおける最適操作量uopt(k)を算出し(ここでは抽出し)、さらに基準値uref(k)を加算することで操作量の指令値を算出し、当該指令値をエンジン1のVNTノズル及びEGRバルブに出力する(ステップS55)。 Further, the optimizer 214 of the engine control apparatus 1000 multiplies the result of step S49 or S53 by M 2x2N to calculate the optimum operation amount u opt (k) at the current time k (extract here). Further, the operation value command value is calculated by adding the reference value u ref (k), and the command value is output to the VNT nozzle and the EGR valve of the engine 1 (step S55).

さらに、エンジン制御装置1000の最適化器214は、u(k-1)=uopt(k)と設定し、新たなU~を生成してメモリに保持する(ステップS57)。新たなU~については次にkを1インクリメントした後に使用する。 Further, the optimizer 214 of the engine control apparatus 1000 sets u (k−1) = u opt (k), generates a new U˜, and holds it in the memory (step S57). The new U is used after k is incremented by one.

そして、エンジン制御装置1000は、kが予め設定された最大値kmaxに達したか判断する(ステップS59)。kがkmaxに達していない場合には、処理はステップS41に戻る。一方、kがkmaxに達した場合には、処理を終了する。例えば、ステップS31に戻って、初期設定から処理を開始する。 Then, engine control apparatus 1000 determines whether k has reached a preset maximum value k max (step S59). If k has not reached k max , the process returns to step S41. On the other hand, when k reaches k max , the process is terminated. For example, returning to step S31, the processing is started from the initial setting.

以上のような処理を実施することで、制約条件を満たしつつ、急激な変動を抑制することができるようになる。なお、図15のステップS33の内、システム行列A、B、重みQ、R、ステップS35の制約条件の取得、および、ステップS39の定数行列や制約拡大行列の計算を、図16のステップS41とステップS43の間に入れることにより、毎回、運転条件が変わってシステム行列が変化する場合に対応することもできる。   By performing the processing as described above, rapid fluctuations can be suppressed while satisfying the constraint conditions. In step S33 in FIG. 15, the acquisition of the system matrices A and B, the weights Q and R, the constraint conditions in step S35, and the calculation of the constant matrix and the constraint expansion matrix in step S39 are the same as step S41 in FIG. By inserting it in step S43, it is possible to cope with a case where the operating conditions change and the system matrix changes every time.

[実施の形態3]
本実施の形態では、高周波帯域における操作量指令値の成分を抑制するために、ローパスフィルタ特性を有する前置補償器を導入する場合を考える。
[Embodiment 3]
In the present embodiment, a case is considered where a predistorter having a low-pass filter characteristic is introduced in order to suppress a component of an operation amount command value in a high frequency band.

本実施の形態では、制御対象のプラント(例えばディーゼルエンジン)を以下のように表す。   In the present embodiment, a plant to be controlled (for example, a diesel engine) is represented as follows.

Figure 2012167577
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Figure 2012167577
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また、導入した前置補償器の伝達関数は以下のように表されるものとする。   In addition, the transfer function of the introduced predistorter is assumed to be expressed as follows.

Figure 2012167577
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ここで、Td11,Td22は、前置補償器のローパス特性を記述する時定数であり、大きな値にすることで、ローパス特性をより強く指定することが可能となる。この特性をクロス項に指定することも可能である。   Here, Td11 and Td22 are time constants that describe the low-pass characteristics of the predistorter, and the low-pass characteristics can be specified more strongly by setting a large value. It is also possible to specify this characteristic as a cross term.

このような前置補償器の離散状態方程式は以下のようになる。   The discrete state equation of such a precompensator is as follows:

Figure 2012167577
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Figure 2012167577
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Figure 2012167577
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ここで(4−1)式と(4−5)式の合成系を考える。そこで、合成系の状態方程式を以下のように表す。   Here, a synthesis system of the equations (4-1) and (4-5) is considered. Therefore, the state equation of the synthetic system is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
Figure 2012167577

但し、x(k)は6行1列の状態ベクトルを表し、uは2行1列の操作量ベクトルを表し、yは2行1列の測定ベクトルを表し、Aは6行6列の行列を表し、Bは6行2列の行列を表し、Cは2行6列の行列を表す。   Where x (k) represents a 6 × 1 state vector, u represents a 2 × 1 manipulated variable vector, y represents a 2 × 1 measurement vector, and A represents a 6 × 6 matrix. B represents a 6 × 2 matrix, and C represents a 2 × 6 matrix.

このように合成系を表現すれば、解くべき有限時間最適制御問題は、第1の実施の形態における評価式J(k)と同じ形になる。なお、u~=u(k−1)であり、現時刻の1サンプル前の操作量を表す。また、Q及びRは重み係数である。   If the synthesis system is expressed in this way, the finite time optimal control problem to be solved has the same form as the evaluation formula J (k) in the first embodiment. Note that u˜ = u (k−1), which represents an operation amount one sample before the current time. Q and R are weighting factors.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

また、Yを2N行の測定ベクトル、Uを2N行の操作量ベクトルとして拡大系を定義すると、(4−1)式は以下のように表される。   Further, when the expansion system is defined with Y being a measurement vector of 2N rows and U being an operation amount vector of 2N rows, the equation (4-1) is expressed as follows.

Figure 2012167577
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Figure 2012167577
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Figure 2012167577
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Figure 2012167577
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さらに、T、U~、Q~、R~及びγについては第1の実施の形態で定義したものと同じとすると、(4−9)式は、以下のように表される。   Further, assuming that T, U˜, Q˜, R˜, and γ are the same as those defined in the first embodiment, equation (4-9) is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

この評価関数J(k)を最小化するUopt(k)は、第1の実施の形態と同様に導出すると、以下のように表される。   When Uopt (k) that minimizes the evaluation function J (k) is derived in the same manner as in the first embodiment, it is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
Figure 2012167577

最終的に最適操作量uopt(k)は、以下のように表される。 Finally, the optimum operation amount u opt (k) is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

Figure 2012167577
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本実施の形態では(4−17)式に基づき制御を行う。   In the present embodiment, control is performed based on the equation (4-17).

次に、本実施の形態に係るエンジン制御装置1000のブロック線図を図17に示す。すなわち、燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値とが入力されて、燃料噴射量の値及びエンジン回転数の値に対応付けてEGRバルブ開度の目標値及びVNTノズル開度の目標値の組み合わせと新気量MAFの基準値及び吸気圧MAPの基準値の組み合わせが登録されている計画器310から、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に対応するEGRバルブ開度の目標値及びVNTノズル開度の目標値s(k)と、新気量MAFの基準値及び吸気圧MAPの基準値uref(k)とを読み出す。 Next, FIG. 17 shows a block diagram of engine control apparatus 1000 according to the present embodiment. That is, the fuel injection amount set value and the engine speed set value are input, and the EGR valve opening target value and the VNT nozzle opening target value are associated with the fuel injection amount value and the engine speed value. EGR valve opening corresponding to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed from the planer 310 in which the combination of the value, the reference value of the fresh air amount MAF and the reference value of the intake pressure MAP is registered , The VNT nozzle opening target value s (k), the fresh air amount MAF reference value, and the intake pressure MAP reference value u ref (k).

なお、計画器310は、例えば燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値とを行列設定器312に出力する。燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値ではなく、目標値及び基準値を特定する際に用いた他のパラメータ値であってもよい。行列設定器312は、燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値に応じて適切な行列A、B、Q及びRを特定して、(4−17)式の計算を行うのに用いられる他の行列を算出して、第2MPC主制御部314、第2変動抑制部318、応答ベクトル生成部322に設定する。Tについても設定がなされる。このような行列の設定は、例えば所定期間ごと、又は大幅に燃料噴射量とエンジン回転数とのうち少なくともいずれかが変化した場合などに実施する。   The planner 310 outputs, for example, a set value of the fuel injection amount and a set value of the engine speed to the matrix setter 312. Instead of the setting value of the fuel injection amount and the setting value of the engine speed, other parameter values used when specifying the target value and the reference value may be used. The matrix setting unit 312 is used to calculate an equation (4-17) by specifying appropriate matrices A, B, Q, and R according to the setting value of the fuel injection amount and the setting value of the engine speed. Is calculated and set in the second MPC main control unit 314, the second fluctuation suppression unit 318, and the response vector generation unit 322. T is also set. Such a matrix is set, for example, every predetermined period or when there is a significant change in at least one of the fuel injection amount and the engine speed.

そして、計画器310が出力したEGRバルブ開度の目標値及びVNTノズル開度の目標値s(k)に、参照軌道行列Tを乗じて2N次元の目標ベクトルT(k)を算出する。一方、応答ベクトル生成部322は、エンジン特性120の測定値xp(k)と前置補償器320の内部状態出力値xd(k)とから状態ベクトルx(k)を生成した上で、Ψcを乗じて2N次元の応答ベクトルΨcx(k)を算出する。そうすると、2N次元の誤差ベクトルE(k)=T(k)−Ψcx(k)が得られる。 Then, the 2N-dimensional target vector T (k) is calculated by multiplying the target value s (k) of the EGR valve opening and the target value s (k) of the VNT nozzle opening output by the planner 310 by the reference trajectory matrix T. On the other hand, the response vector generation unit 322 generates a state vector x (k) from the measured value x p (k) of the engine characteristic 120 and the internal state output value x d (k) of the predistorter 320. A 2N-dimensional response vector Ψcx (k) is calculated by multiplying Ψc. Then, a 2N-dimensional error vector E (k) = T (k) −Ψcx (k) is obtained.

この誤差ベクトルE(k)は、第2MPC主制御部314に入力される。第2MPC主制御部314は、M2x2N-1ΘTQ~をE(k)に乗じて出力する。第2MPC主制御部314の出力と第2変動抑制部318の出力とが加算されて、操作量u(k)が算出される。ローパスフィルタ特性を有する前置補償器320は、この操作量u(k)を処理して、操作量up(k)を出力する。出力されたup(k)は、フィードフォワード値uref(k)と加算されてエンジン特性120に出力される。すなわち、up(k)+uref(k)によって、VNTノズル開度及びEGRバルブ開度が制御される。 The error vector E (k) is input to the second MPC main control unit 314. The second MPC main controller 314 multiplies M 2x2N H −1 Θ T by E (k) and outputs the result. The output of the second MPC main control unit 314 and the output of the second fluctuation suppression unit 318 are added to calculate the operation amount u (k). The pre-compensator 320 having a low-pass filter characteristic processes the manipulated variable u (k) and outputs the manipulated variable u p (k). The output u p (k) is added to the feedforward value u ref (k) and output to the engine characteristic 120. That is, u p (k) + u ref (k), VNT nozzle opening degree and the EGR valve opening is controlled.

なお、前操作量行列生成部316は、u(k)を1サンプル時間遅延させて(2−2)式の行列を生成して第2変動抑制部318に出力する。第2変動抑制部318は、(4−17)式の第2項であるM2x2NHc-1R~をU~に乗じてM2x2NHc-1R~U~を算出する。そうすると、第2変動抑制部318の出力は、次のサンプル時間で第2MPC主制御部314の出力と加算される。 Note that the pre-operation amount matrix generation unit 316 delays u (k) by one sample time, generates a matrix of equation (2-2), and outputs the generated matrix to the second variation suppression unit 318. The second fluctuation suppressing unit 318 calculates M 2x2N Hc −1 R˜U˜ by multiplying by M 2x2N Hc −1 which is the second term of the equation (4-17). Then, the output of the second fluctuation suppressing unit 318 is added to the output of the second MPC main control unit 314 at the next sample time.

次に、エンジン制御装置1000の詳細な処理内容について図18及び図19を用いて説明する。   Next, detailed processing contents of the engine control apparatus 1000 will be described with reference to FIGS. 18 and 19.

まず、エンジン制御装置1000は、k=0に設定する(図18:ステップS61)。また、エンジン制御装置1000は、初期設定を実施する(ステップS63)。具体的には、行列設定器312が、k=0におけるエンジン回転数及び燃料噴射量に応じたプラント行列A及びBを取得すると共に、重み行列Q及びR、予測期間N、初期値x(0)及びu(0)、初期U~及び時定数Tr等を取得する。なお、A及びBについては第1の実施の形態とは異なる。また、これらのデータについては、予めメモリなどに保持しておき、該当データを読み出す。   First, the engine control apparatus 1000 sets k = 0 (FIG. 18: step S61). Further, the engine control apparatus 1000 performs initial setting (step S63). Specifically, the matrix setting unit 312 acquires the plant matrices A and B corresponding to the engine speed and the fuel injection amount at k = 0, the weight matrices Q and R, the prediction period N, and the initial value x (0 ) And u (0), initial U˜, time constant Tr, and the like. A and B are different from those in the first embodiment. These data are stored in advance in a memory or the like, and the corresponding data is read out.

さらに、エンジン制御装置1000の行列設定器312は、初期計算として、参照軌道行列Tを算出し、設定する(ステップS65)。さらに、行列設定器312は、第2MPC主制御部314及び第2変動抑制部318で用いる行列Hc-1=(ΘcTQ~Θc)-1及びΘcTQ~などを算出し、設定する(ステップS67)。また、初期U~を用いて初期のR~U~(R~はRのバーを表す)を算出して設定する。さらに、Hc-1ΘcTQ~も算出して設定する。処理は端子Cを介して、図19の処理に移行する。 Further, the matrix setting unit 312 of the engine control apparatus 1000 calculates and sets the reference trajectory matrix T as an initial calculation (step S65). Further, the matrix setting unit 312 calculates and sets the matrices Hc −1 = (Θc T Q˜Θc) −1 and Θc T Q˜ used in the second MPC main control unit 314 and the second fluctuation suppression unit 318 ( Step S67). Also, an initial R˜U˜ (R˜ represents a bar of R) is calculated and set using the initial U˜. Further, Hc −1 Θc T Q˜ is also calculated and set. The processing shifts to the processing in FIG.

図19の処理の説明に移行して、エンジン制御装置1000は、kを1インクリメントし(ステップS69)、MAPセンサ及びMAFセンサから状態xp(k)を取得し、前置補償器320から内部状態出力xd(k)を取得し、さらに現時刻におけるエンジン回転数及び燃料噴射量を取得して当該エンジン回転数及び燃料噴射量に対応する目標値s(k)を取得する(ステップS71)。なお、エンジン制御装置1000は、計画器310から現時刻におけるエンジン回転数及び燃料噴射量に対応する基準値urefも取得する。 19, the engine control apparatus 1000 increments k by 1 (step S69), acquires the state x p (k) from the MAP sensor and the MAF sensor, and transmits the internal state from the precompensator 320. The state output x d (k) is acquired, the engine speed and the fuel injection amount at the current time are acquired, and the target value s (k) corresponding to the engine speed and the fuel injection amount is acquired (step S71). . The engine control apparatus 1000 also acquires a reference value u ref corresponding to the engine speed and the fuel injection amount at the current time from the planner 310.

そして、エンジン制御装置1000は、目標値ベクトルT(k)(=Ts(k)を算出する(ステップS73)。また、エンジン制御装置1000の応答ベクトル生成部322は、xd(k)とxp(k)とからx(k)を生成してさらに応答ベクトルΨcx(k)を算出する。そして、エンジン制御装置1000は、目標ベクトルT(k)と応答ベクトルΨcx(k)との誤差ベクトルE(k)=T(k)−Ψcx(k)を算出する(ステップS75)。そして、エンジン制御装置1000は、U~を考慮した最適操作量uopt(k)を算出する(ステップS77)。 Then, engine control apparatus 1000 calculates target value vector T (k) (= Ts (k) (step S73), and response vector generation unit 322 of engine control apparatus 1000 uses x d (k) and x p (k) and x (k) are generated to further calculate a response vector Ψcx (k), and the engine control apparatus 1000 determines an error vector between the target vector T (k) and the response vector Ψcx (k). E (k) = T (k) −Ψcx (k) is calculated (step S75), and the engine control apparatus 1000 calculates the optimum operation amount u opt (k) considering U˜ (step S77). .

このステップでは、誤差ベクトルE(k)に対して第2MPC主制御部314でHc-1ΘTQ~を乗じる。また、k−1=0の場合を除きUopt(k−1)からU~ベクトルを生成し、k−1=0の場合には初期U~をそのまま用い、当該U~ベクトルを用いて第2変動抑制部318によりHc-1R~U~を算出する。MPC主制御部314の出力と変動抑制部318の出力との和によりUopt(k)が算出される。エンジン制御装置1000は、このUopt(k)に対してM2x2Nを乗ずることで最適操作量uopt(k)を算出する。 In this step, the second MPC main controller 314 multiplies the error vector E (k) by Hc −1 Θ T Q˜. Also, except for the case of k-1 = 0, a U ~ vector is generated from Uopt (k-1). When k-1 = 0, the initial U ~ is used as it is, and the second U ~ vector is used as the second. The fluctuation suppressing unit 318 calculates Hc −1 R˜U˜. Uopt (k) is calculated from the sum of the output of the MPC main control unit 314 and the output of the fluctuation suppressing unit 318. The engine control apparatus 1000 calculates the optimum operation amount u opt (k) by multiplying this Uopt (k) by M 2x2N .

なお、第2MPC主制御部314で、誤差ベクトルE(k)に対してM2x2N-1ΘTQ~を乗じ、第2変動抑制部318では、M2x2NHc-1R~U~を算出し、最終的にエンジン制御装置1000がそれらの演算結果を加算するようにしても良い。 The second MPC main control unit 314 multiplies the error vector E (k) by M 2x2N H −1 Θ T , and the second fluctuation suppression unit 318 calculates M 2x2N Hc −1 R˜U˜. Then, finally, the engine control apparatus 1000 may add those calculation results.

さらに、前置補償器320は、最適操作量uopt(k)を処理し、エンジン制御装置1000は、前置補償器320の出力と、基準値uref(k)を加算することで操作量の指令値を算出し、当該指令値をエンジン1のVNTノズル及びEGRバルブに出力する(ステップS79)。 Further, the pre-compensator 320 processes the optimum operation amount u opt (k), and the engine control device 1000 adds the operation amount by adding the output of the pre-compensator 320 and the reference value u ref (k). The command value is calculated, and the command value is output to the VNT nozzle and the EGR valve of the engine 1 (step S79).

さらに、エンジン制御装置1000の前操作量行列生成部316は、u(k-1)=uopt(k)と設定して、新たなU~を生成して保持する(ステップS81)。新たなU~については次にkを1インクリメントした後に使用する。 Further, the pre-operation amount matrix generation unit 316 of the engine control apparatus 1000 sets u (k−1) = u opt (k), and generates and holds a new U˜ (step S81). The new U is used after k is incremented by one.

そして、エンジン制御装置1000は、kが予め設定された最大値kmaxに達したか判断する(ステップS83)。kがkmaxに達していない場合には、処理はステップS69に戻る。一方、kがkmaxに達した場合には、処理を終了する。例えば、ステップS61に戻って、初期設定から処理を開始する。 Then, engine control apparatus 1000 determines whether k has reached a preset maximum value k max (step S83). If k has not reached k max , the process returns to step S69. On the other hand, when k reaches k max , the process is terminated. For example, returning to step S61, the processing is started from the initial setting.

以上のように、前置補償器320を設けてさらに高周波帯域におけるパワーを抑えることができ、全体として操作量指令値の急激な変動を抑制することができる。   As described above, the pre-compensator 320 can be provided to further suppress the power in the high frequency band, and as a whole, sudden fluctuations in the manipulated variable command value can be suppressed.

[実施の形態4]
第1の実施の形態に対して第2の実施の形態において制約条件を考慮することを示したが、第3の実施の形態に対して制約条件を考慮する実施の形態を示す。
[Embodiment 4]
Although it has been shown in the second embodiment that the constraint condition is taken into consideration with respect to the first embodiment, an embodiment in which the constraint condition is taken into consideration with respect to the third embodiment is shown.

基本的な考え方は第2の実施の形態と同じであるが、前置補償器を導入することによって影響がある部分についてのみ説明する。具体的には、Θ及びΨに代ってΘc及びΨcを用いる。従って、制約条件は以下のように表される。   The basic idea is the same as that of the second embodiment, but only the portion that is affected by the introduction of the predistorter will be described. Specifically, Θc and ψc are used instead of Θ and ψ. Therefore, the constraint condition is expressed as follows.

Figure 2012167577
Figure 2012167577

(5−1)式を満たすような操作量ベクトルU(k)が計算できれば、そのままU(k)からuopt(k)を抽出する。一方、(5−1)式を満たすような操作量ベクトルU(k)が計算できなければ、以下のような最適化問題を解くことになる。 If the manipulated variable vector U (k) that satisfies the equation (5-1) can be calculated, u opt (k) is extracted from U (k) as it is. On the other hand, if the manipulated variable vector U (k) that satisfies the equation (5-1) cannot be calculated, the following optimization problem is solved.

Figure 2012167577
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このような制約条件を考慮した場合のブロック線図の一例を図20に示す。具体的には、燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値とが入力されて、燃料噴射量の値及びエンジン回転数の値に対応付けてEGRバルブ開度の目標値及びVNTノズル開度の目標値の組み合わせと新気量MAFの基準値及び吸気圧MAPの基準値の組み合わせが登録されている計画器410から、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に対応するEGRバルブ開度の目標値及びVNTノズル開度の目標値s(k)と、新気量MAFの基準値及び吸気圧MAPの基準値uref(k)とを読み出す。 FIG. 20 shows an example of a block diagram in consideration of such a constraint condition. Specifically, the fuel injection amount setting value and the engine speed setting value are input, and the target value of the EGR valve opening and the VNT nozzle opening are associated with the fuel injection amount value and the engine speed value. EGR corresponding to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed from the planer 410 in which the combination of the target value of the engine speed, the reference value of the fresh air amount MAF, and the reference value of the intake pressure MAP is registered The target value of the valve opening and the target value s (k) of the VNT nozzle opening, the reference value of the fresh air amount MAF, and the reference value u ref (k) of the intake pressure MAP are read out.

なお、計画器410は、例えば燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値とを行列設定器412に出力する。燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値ではなく、目標値及び基準値を特定する際に用いた他のパラメータ値であってもよい。行列設定器412は、例えば燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値に応じて適切な行列A、B、Q、Rを特定し、(4−15)式及び(5−1)式の計算を行うのに用いられる他の行列を算出して、第2最適化器414及び第2応答ベクトル生成部422に設定する。Tについても設定がなされる。このような行列の設定は、例えば所定期間ごと、又は大幅に燃料噴射量とエンジン回転数との少なくとも何れかが変化した場合などに実施する。   The planner 410 outputs, for example, a set value of the fuel injection amount and a set value of the engine speed to the matrix setter 412. Instead of the setting value of the fuel injection amount and the setting value of the engine speed, other parameter values used when specifying the target value and the reference value may be used. The matrix setter 412 specifies appropriate matrices A, B, Q, and R according to, for example, the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, and formulas (4-15) and (5-1) The other matrix used to calculate is calculated and set in the second optimizer 414 and the second response vector generation unit 422. T is also set. Such a matrix setting is performed, for example, every predetermined period or when at least one of the fuel injection amount and the engine speed changes significantly.

そして、計画器410が出力したEGRバルブ開度の目標値及びVNTノズル開度の目標値s(k)に、参照軌道行列Tを乗じて2N次元の目標ベクトルT(k)を算出すると共に、エンジン特性120の測定値xp(k)と前置補償器420の内部状態出力xd(k)とから生成される状態ベクトルx(k)にΨcを乗じて2N次元の応答ベクトルΨcx(k)を算出する。そうすると、2N次元の誤差ベクトルE(k)=T(k)−Ψcx(k)が得られる。 Then, the target value s (k) of the EGR valve opening and the target value s (k) of the VNT nozzle opening output by the planner 410 are multiplied by the reference trajectory matrix T to calculate a 2N-dimensional target vector T (k), A state vector x (k) generated from the measured value x p (k) of the engine characteristic 120 and the internal state output x d (k) of the precompensator 420 is multiplied by Ψc to give a 2N-dimensional response vector Ψcx (k ) Is calculated. Then, a 2N-dimensional error vector E (k) = T (k) −Ψcx (k) is obtained.

この誤差ベクトルE(k)は、第2最適化器414に入力される。最適化器414は、第3の実施の形態における第2MPC主制御部314、前操作量行列生成部316及び第2変動抑制部318の機能と、最適化演算部の機能とを含む。具体的には、U(k)=Hc-1ΘcTQ~E(k)+Hc-1R~U~を算出し、(5−1)式を満たすか否かを判断する。 This error vector E (k) is input to the second optimizer 414. The optimizer 414 includes the functions of the second MPC main control unit 314, the pre-operation amount matrix generation unit 316 and the second variation suppression unit 318 in the third embodiment, and the function of the optimization calculation unit. Specifically, U (k) = Hc -1 Θc T Q ~ E (k) + Hc -1 calculates R ~ U ~, determines whether they meet the (5-1) equation.

(5−1)式を満たす場合には、最適化演算部での処理を省略して、U(k)=Uopt(k)としてM2x2NUopt(k)=uopt(k)を生成する。一方、(5−1)式が満たされない場合には、最適化演算部は(5−2)式を解く処理を実施する。そして(5−2)式の解をUopt(k)としてM2x2NUopt(k)=uopt(k)を生成する。
なお、(5−2)式におけるfに含まれる、EGRとVNTに関する制約のa,b,c,dの値は、フィードフォワード値uref(k)を加算した値が飽和しているか否かを、判定できるような値に設定されているものとする。
When the expression (5-1) is satisfied, the processing in the optimization calculation unit is omitted, and M 2x2N Uopt (k) = u opt (k) is generated as U (k) = Uopt (k). On the other hand, when Expression (5-1) is not satisfied, the optimization calculation unit performs processing for solving Expression (5-2). Then, M 2x2N Uopt (k) = u opt (k) is generated with the solution of the equation (5-2) as Uopt (k).
It should be noted that the values of a, b, c, d of the constraints on EGR and VNT included in f in the equation (5-2) are saturated with the value obtained by adding the feedforward value u ref (k). Is set to a value that can be determined.

第2最適化器414の出力uopt(k)は、前置補償器420に入力され、前置補償器420で処理されて、操作量up(k)が出力される。 The output u opt (k) of the second optimizer 414 is input to the pre-compensator 420 and processed by the pre-compensator 420 to output the manipulated variable u p (k).

そして、前置補償器420の出力である操作量up(k)は、計画器410が出力したフィードフォワード値uref(k)と加算されてエンジン特性120に出力される。すなわち、up(k)+uref(k)によって、VNTノズル開度及びEGRバルブ開度が制御される。 The manipulated variable u p (k) that is the output of the predistorter 420 is added to the feedforward value u ref (k) output from the planner 410 and output to the engine characteristic 120. That is, u p (k) + u ref (k), VNT nozzle opening degree and the EGR valve opening is controlled.

なお、第2最適化器414では、up(k)を1サンプル時間遅延させて(2−2)式の行列を生成してメモリに保持しておく。 In the second optimizer 414, u p (k) is delayed by one sample time to generate a matrix of equation (2-2) and hold it in the memory.

このように使用する行列の形が第2の実施の形態とは異なるが、処理フローの形は同様であるから、説明を省略する。   Although the form of the matrix used in this way is different from that of the second embodiment, the form of the processing flow is the same, and the description is omitted.

以上のような処理を行うことで、前置補償器を設ける場合においても、制約条件を考慮した形で、高周波帯域におけるパワーを下げて急激な変動を抑えることができるようになる。なお、図18のステップS63の内、システム行列A、B、重みQ、R、ステップS35の制約条件の取得、および、ステップS67の定数行列や制約拡大行列の計算を、図19のステップS69とステップS71の間に入れることにより、毎回、運転条件が変わってシステム行列が変化する場合に対応することもできる。   By performing the processing as described above, even when a predistorter is provided, it is possible to suppress rapid fluctuations by reducing the power in the high-frequency band in consideration of the constraint conditions. In step S63 in FIG. 18, the acquisition of the system matrices A and B, the weights Q and R, the constraint conditions in step S35, and the calculation of the constant matrix and the constraint expansion matrix in step S67 are the same as step S69 in FIG. By inserting it in step S71, it is possible to deal with a case where the operating conditions change and the system matrix changes every time.

以上本技術の実施の形態を説明したが、本技術はこれに限定されるものではない。例えば、ブロック線図に従ったプログラムモジュール構成ではなくてもよい。また、処理フローについても、処理結果が変わらない限り処理順番を入れ替えたり、並列実施しても良い。   Although the embodiment of the present technology has been described above, the present technology is not limited to this. For example, the program module configuration may not be according to the block diagram. In addition, regarding the processing flow, as long as the processing result does not change, the processing order may be changed or may be performed in parallel.

なお、上で述べたエンジン制御装置1000は、コンピュータ装置であって、図21に示すように、RAM(Random Access Memory)2501とプロセッサ2503とROM(Read Only Memory)2507とセンサ群2515とがバス2519で接続されている。本実施の形態における処理を実施するための制御プログラム(及び存在している場合にはオペレーティング・システム(OS:Operating System))は、ROM2507に格納されており、プロセッサ2503により実行される際にはROM2507からRAM2501に読み出される。プロセッサ2503は、センサ群(吸気圧センサ及び新気量センサ。場合によっては燃料噴射量測定部及びエンジン回転数測定部など。)を制御して、測定値を取得する。また、処理途中のデータについては、RAM2501に格納される。なお、プロセッサ2503は、ROM2507を含む場合もあり、さらに、RAM2501を含む場合もある。本技術の実施の形態では、上で述べた処理を実施するための制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能なリムーバブル・ディスクに格納されて頒布され、ROMライタによってROM2507に書き込まれる場合もある。このようなコンピュータ装置は、上で述べたプロセッサ2503、RAM2501、ROM2507などのハードウエアと制御プログラム(場合によってはOSも)とが有機的に協働することにより、上で述べたような各種機能を実現する。   The engine control device 1000 described above is a computer device, and as shown in FIG. 21, a RAM (Random Access Memory) 2501, a processor 2503, a ROM (Read Only Memory) 2507, and a sensor group 2515 are provided as a bus. 2519 is connected. A control program (and an operating system (OS: Operating System, if present)) for executing the processing in the present embodiment is stored in the ROM 2507 and is executed by the processor 2503. The data is read from the ROM 2507 to the RAM 2501. The processor 2503 acquires a measurement value by controlling a sensor group (an intake pressure sensor and a fresh air amount sensor. In some cases, a fuel injection amount measurement unit, an engine speed measurement unit, and the like). Further, data in the middle of processing is stored in the RAM 2501. Note that the processor 2503 may include a ROM 2507 and may further include a RAM 2501. In the embodiment of the present technology, a control program for performing the above-described processing may be stored and distributed on a computer-readable removable disk and written to the ROM 2507 by a ROM writer. Such a computer device has various functions as described above by organically cooperating hardware such as the processor 2503, RAM 2501, and ROM 2507 described above and a control program (or OS in some cases). Is realized.

但し、エンジン制御装置全体をハードウエアのみにて実装することも可能である。以上述べた本実施の形態をまとめると以下のようになる。   However, it is also possible to mount the entire engine control device only by hardware. The above-described embodiment can be summarized as follows.

本実施の形態の第1態様に係るエンジン制御方法は、(A)排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、(B)(b1)燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、吸気圧の測定値及び新気量の測定値に応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、(b2)排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、を加算して得られる、(b3)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成するステップと、(C)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値を抽出すると共に、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた、排気循環器のバルブ開度の基準値及び可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、排気循環器のバルブ開度の指令値及び可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップとを含む。   The engine control method according to the first aspect of the present embodiment includes (A) a fuel injection amount setting value, an engine speed setting value, and an engine intake pressure measurement value for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo. And (B) (b1) a target time series value according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, the measured value of the intake pressure, and the fresh air amount The first time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator obtained by multiplying the matrix related to the error with the response time series value according to the measured value by the main control matrix of the model predictive control And a matrix of the first time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, and (b2) the value of one unit time before the current time and the variable nozzle turbo of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator The current time for the operation amount of the nozzle opening The second time series of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator, which suppresses fluctuations in the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the value one unit time ago. (B3) Third time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator, obtained by adding the value and the matrix of the second time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo And a step of generating a matrix of third time series values of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, and (C) a third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the variable nozzle turbo From the matrix of the third time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening, the value of the manipulated variable of the exhaust circulator valve opening one unit time after the current time and the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo Extracts the value one unit time after the current time and sets the fuel injection amount By adding the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the setting value of the engine speed, the command value of the exhaust circulator and the variable nozzle Calculating a command value for the turbo nozzle opening.

このように、モデル予測制御において、予測期間中の各操作量について現在時刻の1単位時間前の操作量との差を評価するように評価関数を変形することで、排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列が導入されるようになる。そうすると、操作量の指令値の急激な変動を抑制できるようになる。   As described above, in the model predictive control, the valve opening degree of the exhaust circulator is obtained by modifying the evaluation function so as to evaluate the difference between each operation amount during the prediction period and the operation amount one unit time before the current time. A matrix of the second time series value of the operation amount and the second time series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo is introduced. As a result, it is possible to suppress rapid fluctuations in the command value of the operation amount.

本実施の形態の第1態様に係るエンジン制御方法は、(D)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値が、排気循環器のバルブ開度及び可変ノイズターボのノズル開度の飽和による制約条件を満たすか判断するステップと、(E)制約条件が満たされないと判断された場合には、制約条件を満たしつつ、追従誤差に関する値と、操作量と現在時刻の1単位時間前の操作量との差に関する値とを重み付け加算した評価関数の値を最小化するように、排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値を計算し直すステップとを含むようにしても良い。   The engine control method according to the first aspect of the present embodiment includes (D) a third time-series value of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and a third operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo. A step of determining whether the time series value satisfies a constraint condition due to saturation of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opening of the variable noise turbo; and (E) if it is determined that the constraint condition is not satisfied, While satisfying the conditions, the valve of the exhaust circulator is minimized so as to minimize the value of the evaluation function obtained by weighted addition of the value related to the tracking error and the value related to the difference between the operation amount and the operation amount one unit time before the current time. And recalculating the third time series value of the manipulated variable of the opening degree and the third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening degree of the variable nozzle turbo.

このようにすれば、排気循環器の開度及び可変ノズルターボの開度についての制約を満たしつつ、操作量の指令値の急激な変動を抑制できるようになる。   In this way, it is possible to suppress rapid fluctuations in the command value of the operation amount while satisfying the restrictions on the opening degree of the exhaust circulator and the opening degree of the variable nozzle turbo.

本実施の形態の第2態様に係るエンジン制御方法は、(A)排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、(B)(b1)燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、吸気圧の測定値及び新気量の測定値に応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、(b2)排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて排気循環器のバルブ開度及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列とから、排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値を抽出して加算するステップと、(C)排気循環器のバルブ開度の操作量の加算結果及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の加算結果に、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた、排気循環器のバルブ開度の基準値及び可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、排気循環器のバルブ開度の指令値及び可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップとを含む。   The engine control method according to the second aspect of the present embodiment includes (A) a fuel injection amount setting value, an engine speed setting value, and an engine intake pressure measurement value for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo. And (B) (b1) a target time series value according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, the measured value of the intake pressure, and the fresh air amount The first time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator obtained by multiplying the matrix related to the error with the response time series value according to the measured value by the main control matrix of the model predictive control And a matrix of the first time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, and (b2) the value of one unit time before the current time and the variable nozzle turbo of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator The current time for the operation amount of the nozzle opening Second time-series value of the manipulated value of the valve opening of the exhaust circulator, which suppresses fluctuations in the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the value one unit time before And the second time series value matrix of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the value after one unit time of the current time of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opening of the variable nozzle turbo A step of extracting and adding a value after one unit time of the current time of the operation amount of time, (C) the addition result of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator, and the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo By adding the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, Command value of variable valve opening and variable nozzle And calculating a command value of the nozzle opening degree of the turbo.

第1態様とは異なる演算方法を採用しても、操作量の指令値の急激な変動を抑制できるようになる。   Even if a calculation method different from that of the first mode is adopted, it is possible to suppress a rapid fluctuation of the command value of the operation amount.

本実施の形態の第3態様に係るエンジン制御方法は、(A)排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、(B)(b1)燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前置補償器の内部状態出力値と吸気圧の測定値及び新気量の測定値とに応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、(b2)排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて排気循環器のバルブ開度及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、を加算して得られる、(b3)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成するステップと、(C)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値を抽出して前置補償器で処理し、当該前置補償器によって処理された後の排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値に、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた、排気循環器のバルブ開度の基準値及び可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップとを含む。   The engine control method according to the third aspect of the present embodiment includes (A) a fuel injection amount setting value, an engine speed setting value, and an engine intake pressure measurement value for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo. And (B) (b1) a target time series value corresponding to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, and an internal state output of the precompensator The exhaust circulatory valve is obtained by multiplying the matrix related to the error between the response time series value according to the measured value, the measured value of the intake pressure and the measured value of the fresh air amount by the main control matrix of the model predictive control A matrix of a first time-series value of the operation amount of the opening and a first time-series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, and (b2) the current time of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator 1 unit time before and variable nozzle turbo Exhaust circulator valve opening that suppresses fluctuations in exhaust circulator valve opening and variable nozzle turbo nozzle opening according to the value of the unit time before the current time. Obtained by adding the second time-series value of the manipulated variable and the matrix of the second time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, (b3) of the valve opening of the exhaust circulator Generating a matrix of a third time series value of the manipulated variable and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo; and (C) a first of the manipulated variables of the valve opening of the exhaust circulator. From the matrix of the time series value of 3 and the third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator 1 unit time after the current time and the variable nozzle Extract the value of the operation amount of the nozzle opening of the turbo one unit time after the current time The value of the manipulated variable of the exhaust circulator valve opening after one unit time of the exhaust circulator after being processed by the precompensator and processed by the precompensator and the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference of the nozzle opening of the variable nozzle turbo in accordance with the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed to the value after one unit time of the current time A step of calculating a command value of the valve opening of the exhaust circulator and a command value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo by adding the values.

急激な変動を抑制するために前置補償器を導入する場合においても、排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列を導入することで、操作量の指令値の急激な変動を抑制できるようになる。   Even when a pre-compensator is introduced in order to suppress rapid fluctuations, the second time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the second manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo are used. By introducing the time-series value matrix, it is possible to suppress sudden fluctuations in the command value of the manipulated variable.

本実施の形態の第3形態に係るエンジン制御方法は、(D)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値が、排気循環器のバルブ開度及び可変ノイズターボのノズル開度の飽和による制約条件を満たすか判断するステップと、(E)制約条件が満たされないと判断された場合には、制約条件を満たしつつ、追従誤差に関する値と、操作量と現在時刻の1単位時間前の操作量との差に関する値とを重み付け加算した評価関数の値を最小化するように、排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値を計算し直すステップとをさらに含むようにしてもよい。前置補償器を採用する場合においても、排気循環器の開度及び可変ノズルターボの開度についての制約を満たしつつ、操作量の指令値の急激な変動を抑制できるようになる。   The engine control method according to the third embodiment of the present embodiment includes (D) a third time-series value of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and a third operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo. A step of determining whether the time series value satisfies a constraint condition due to saturation of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opening of the variable noise turbo; and (E) if it is determined that the constraint condition is not satisfied, While satisfying the conditions, the valve of the exhaust circulator is minimized so as to minimize the value of the evaluation function obtained by weighted addition of the value related to the tracking error and the value related to the difference between the operation amount and the operation amount one unit time before the current time. The method may further include a step of recalculating the third time series value of the manipulated variable of the opening degree and the third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening degree of the variable nozzle turbo. Even when the pre-compensator is adopted, it is possible to suppress rapid fluctuations in the command value of the operation amount while satisfying the restrictions on the opening degree of the exhaust circulator and the opening degree of the variable nozzle turbo.

本実施の形態の第4態様に係るエンジン制御方法は、(A)排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、(B)(b1)燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前置補償器の内部状態出力値と吸気圧の測定値及び新気量の測定値とに応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、(b2)排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて排気循環器のバルブ開度及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列とから、排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値を抽出して加算するステップと、(C)排気循環器のバルブ開度の操作量の加算結果及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の加算結果に対して前置補償器で処理して、当該前置補償器によって処理された後の排気循環器のバルブ開度の操作量の加算結果及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の加算結果に、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた、排気循環器のバルブ開度の基準値及び可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、排気循環器のバルブ開度の指令値及び可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップと含む。   The engine control method according to the fourth aspect of the present embodiment includes (A) a fuel injection amount setting value, an engine speed setting value, and an engine intake pressure measurement value for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo. And (B) (b1) a target time series value corresponding to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, and the internal state output value of the predistorter The valve opening of the exhaust circulator is obtained by multiplying the matrix related to the error between the response time series value corresponding to the measured value of the intake air pressure and the measured value of the fresh air volume by the main control matrix of model predictive control. The first time-series value of the operation amount of the degree and the matrix of the first time-series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, and (b2) the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator 1 unit time before and variable nozzle turbo nose The amount of operation of the exhaust circulator, which suppresses fluctuations in the amount of operation of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the value one unit time before the current time. From the second time-series value of the manipulated variable and the matrix of the second time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, one unit time after the current time of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator And a step of extracting and adding a value after one unit time of the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo and (C) the addition result and variable of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator The result of adding the manipulated variable of the nozzle opening of the nozzle turbo is processed by the pre-compensator, and the result of adding the variable of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator after being processed by the pre-compensator and variable In the result of adding the operation amount of the nozzle opening of the nozzle turbo, By adding the reference value for the valve opening of the exhaust circulator and the reference value for the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the setting value of the fuel injection amount and the setting value of the engine speed, the valve opening of the exhaust circulator is And calculating a command value for the degree of opening and a command value for the nozzle opening of the variable nozzle turbo.

第3形態とは異なる演算方法を採用しても、操作量の指令値の急激な変動を抑制できるようになる。   Even if a different calculation method from that of the third embodiment is adopted, it is possible to suppress a rapid fluctuation in the command value of the operation amount.

なお、モデル予測制御の主制御行列などに含まれる行列を、例えば一定期間ごと、又は排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値とエンジン回転数の設定値との少なくとも何れかが閾値以上変化した場合に、変更するようにしても良い。   Note that the matrix included in the main control matrix of the model predictive control is, for example, at least one of a set value of the fuel injection amount and an engine speed set value for an engine having a certain period or an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo. It may be changed when is changed by more than a threshold value.

さらに、本実施の形態の第4態様に係るエンジン制御装置(図22:4000)は、(A)排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジン(図22:1)に対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するデータ取得部(図22:4100)と、(B)(b1)燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、吸気圧の測定値及び新気量の測定値に応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、(b2)排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて排気循環器のバルブ開度及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、を加算して得られる、(b3)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成する制御演算部(図22:4200)と、(C)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値を抽出すると共に、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた、排気循環器のバルブ開度の基準値及び可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、排気循環器のバルブ開度の指令値及び可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出する指令値算出部(図22:4300)とを有する。   Furthermore, the engine control apparatus (FIG. 22: 4000) according to the fourth aspect of the present embodiment includes (A) a set value of a fuel injection amount for an engine (FIG. 22: 1) having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, A data acquisition unit (FIG. 22: 4100) for acquiring a set value of the engine speed, a measured value of the intake air pressure of the engine, and a measured value of the fresh air amount, and (B) (b1) a set value of the fuel injection amount and the engine speed Multiply the matrix related to the error between the target time series value according to the set value of the number and the response time series value according to the measured value of the intake pressure and the measured value of the fresh air amount by the main control matrix of the model predictive control A matrix of the first time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the first time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, and (b2) the exhaust circulator 1 unit of the current time for the operation amount of the valve opening of Suppressing fluctuations in the valve opening of the exhaust circulator and the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the previous value and the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the value one unit time before the current time The second time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the matrix of the second time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo are obtained by adding (b3 ) Control arithmetic unit for generating a matrix of the third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo (FIG. 22: 4200) And (C) a matrix of the third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the valve opening of the exhaust circulator is determined. The value of the operation amount of 1 degree after 1 unit time of the current time and the variable nozzle turbo Extracts the value after 1 unit time of the current time of the manipulated variable of the throttle opening, and changes the reference value and variable of the valve opening of the exhaust circulator according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed A command value calculation unit (FIG. 22: 4300) that calculates the command value of the valve opening of the exhaust circulator and the command value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo by adding the reference value of the nozzle opening of the nozzle turbo. Have

また、本実施の形態の第5態様に係るエンジン制御装置(図22:4000)は、(A)排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジン(図22:1)に対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するデータ取得部(図22:4100)と、(B)(b1)燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前置補償器の内部状態出力値と吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値とに応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、(b2)排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて排気循環器のバルブ開度及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、を加算して得られる、(b3)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成する制御演算部(図22:4200)と、(C)排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値を抽出して前置補償器で処理し、当該前置補償器によって処理された後の排気循環器のバルブ開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値及び可変ノズルターボのノズル開度の操作量の現在時刻の1単位時間後の値に、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に応じた、排気循環器のバルブ開度の基準値及び可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、排気循環器のバルブ開度の指令値及び可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出する指令値算出部(図22:4300)とを有する。   In addition, the engine control apparatus (FIG. 22: 4000) according to the fifth aspect of the present embodiment includes (A) a fuel injection amount set value for an engine (FIG. 22: 1) having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, A data acquisition unit (FIG. 22: 4100) for acquiring a set value of the engine speed, a measured value of the intake air pressure of the engine, and a measured value of the fresh air amount, and (B) (b1) a set value of the fuel injection amount and the engine speed Matrix relating to errors between the target time series value according to the set value of the number and the response time series value according to the internal state output value of the pre-compensator, the measured value of the intake pressure, and the measured value of the fresh air amount Is obtained by multiplying the main control matrix of model predictive control with the first time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the first time of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo. Matrix of series values and (b2) valve opening of exhaust circulator Exhaust circulator valve opening and variable nozzle turbo nozzle opening according to the value of the operation amount one unit time before the current time and the variable nozzle turbo nozzle opening operation amount according to the value one unit time before the current time A second time series value of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and a matrix of the second time series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, which suppresses fluctuations in the operation amount of the exhaust circulator. (B3) Control to generate a matrix of the third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo obtained by adding Matrix of calculation unit (FIG. 22: 4200), (C) third time-series value of manipulated variable of valve opening of exhaust circulator and third time-series value of manipulated variable of nozzle opening of variable nozzle turbo To 1 unit of the current time of the manipulated variable of the exhaust circulator valve The exhaust value circulation after extracting the value after 1 unit time of the current time and the value after the current time of the manipulated value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo after extracting the value after the processing and the processing by the precompensator The set value of the fuel injection amount and the engine speed are set to the value after 1 unit time of the current time of the valve opening degree and the value after 1 unit time of the current time of the variable nozzle turbo nozzle opening. By adding the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the set value of the number, the command value of the valve opening of the exhaust circulator and the variable nozzle turbo A command value calculation unit (FIG. 22: 4300) that calculates a command value of the nozzle opening.

なお、上記方法による処理をプロセッサに行わせるためのプログラムを作成することができ、当該プログラムは、例えばフレキシブルディスク、CD−ROM、光磁気ディスク、半導体メモリ、ハードディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体又は記憶装置に格納される。尚、中間的な処理結果はメインメモリ等の記憶装置に一時保管される。   A program for causing the processor to perform the processing according to the above method can be created, and the program can be a computer-readable storage medium such as a flexible disk, a CD-ROM, a magneto-optical disk, a semiconductor memory, a hard disk, or the like. It is stored in a storage device. The intermediate processing result is temporarily stored in a storage device such as a main memory.

以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。   The following supplementary notes are further disclosed with respect to the embodiments including the above examples.

(付記1)
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値に応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、
を加算して得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成するステップと、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値を抽出すると共に、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップと、
を、プロセッサに実行させるための制御プログラム。
(Appendix 1)
Obtaining a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of intake pressure of the engine and a measured value of fresh air;
According to an error between a target time series value according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, and a response time series value according to the measured value of the intake pressure and the measured value of the fresh air amount A first time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a manipulated variable of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, which are obtained by multiplying the matrix by the main control matrix of model predictive control. A matrix of time series values of 1;
The exhaust circulator according to the value of one unit time before the current time for the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the value of one unit time before the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The second time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opened value of the variable nozzle turbo are configured to suppress fluctuations in the manipulated variable of the variable valve turbo and the variable nozzle turbo. A matrix of second time series values of manipulated variables;
Generating a matrix of a third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, obtained by adding When,
From the matrix of the third time series value of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the third time series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the valve opening degree of the exhaust circulator is determined. Extracting the value after one unit time of the current time of the current amount and the value after one unit time of the current time of the amount of operation of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the set value of the fuel injection amount, and the By adding the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the set value of the engine speed, the command value of the valve opening of the exhaust circulator And calculating a command value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo,
Is a control program for causing a processor to execute.

(付記2)
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値が、前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノイズターボのノズル開度の飽和による制約条件を満たすか判断するステップと、
前記制約条件が満たされないと判断された場合には、前記制約条件を満たしつつ、追従誤差に関する値と、操作量と現在時刻の1単位時間前の操作量との差に関する値とを重み付け加算した評価関数の値を最小化するように、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値を計算し直すステップと、
をさらに、前記プロセッサに実行させるための付記1記載の制御プログラム。
(Appendix 2)
A third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo are the valve opening and the variable of the exhaust circulator. A step of determining whether or not a constraint condition due to saturation of the noise turbo nozzle opening is satisfied;
When it is determined that the constraint condition is not satisfied, the value regarding the tracking error and the value regarding the difference between the operation amount and the operation amount one unit time before the current time are weighted and added while satisfying the constraint condition. Calculate a third time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo so as to minimize the value of the evaluation function Step to redo,
The control program according to appendix 1, for causing the processor to execute

(付記3)
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値に応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、
から、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値を抽出して加算するステップと、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の加算結果及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の加算結果に、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップと、
を、プロセッサに実行させるための制御プログラム。
(Appendix 3)
Obtaining a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of intake pressure of the engine and a measured value of fresh air;
According to an error between a target time series value according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, and a response time series value according to the measured value of the intake pressure and the measured value of the fresh air amount A first time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a manipulated variable of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, which are obtained by multiplying the matrix by the main control matrix of model predictive control. A matrix of time series values of 1;
The exhaust circulator according to the value of one unit time before the current time for the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the value of one unit time before the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The second time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opened value of the variable nozzle turbo are configured to suppress fluctuations in the manipulated variable of the variable valve turbo and the variable nozzle turbo. A matrix of second time series values of manipulated variables;
From this, the value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator after one unit time of the current time and the value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo after one unit time of the current time are extracted. Adding and
According to the addition value of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the addition result of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed. By adding the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the command value of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opening of the variable nozzle turbo Calculating a command value;
Is a control program for causing a processor to execute.

(付記4)
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前置補償器の内部状態出力値と前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値とに応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、
を加算して得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成するステップと、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値を抽出して前記前置補償器で処理し、当該前置補償器によって処理された後の前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値に、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップと、
を、プロセッサに実行させるための制御プログラム。
(Appendix 4)
Obtaining a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of intake pressure of the engine and a measured value of fresh air;
A target time series value according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, an internal state output value of the predistorter, a measured value of the intake pressure, and a measured value of the fresh air amount A first time series value of the manipulated variable of the valve opening degree of the exhaust circulator and the variable obtained by multiplying a matrix related to an error with a corresponding response time series value by a main control matrix of model predictive control A matrix of first time series values of the operation amount of the nozzle opening of the nozzle turbo;
The exhaust circulator according to the value of one unit time before the current time for the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the value of one unit time before the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The second time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opened value of the variable nozzle turbo are configured to suppress fluctuations in the manipulated variable of the variable valve turbo and the variable nozzle turbo. A matrix of second time series values of manipulated variables;
Generating a matrix of a third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, obtained by adding When,
From the matrix of the third time series value of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the third time series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the valve opening degree of the exhaust circulator is determined. A value after one unit time of the current time of the operation amount and a value after one unit time of the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo are extracted and processed by the precompensator, A value after one unit time of the current time of the valve opening manipulated variable of the exhaust circulator after being processed by the pre-compensator and 1 of the current time of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed are set to the value after the unit time. By adding up the valve opening of the exhaust circulator Calculating a decree value and the command value of the nozzle opening degree of the variable nozzle turbo,
Is a control program for causing a processor to execute.

(付記5)
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値が、前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノイズターボのノズル開度の飽和による制約条件を満たすか判断するステップと、
前記制約条件が満たされないと判断された場合には、前記制約条件を満たしつつ、追従誤差に関する値と、操作量と現在時刻の1単位時間前の操作量との差に関する値とを重み付け加算した評価関数の値を最小化するように、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値を計算し直すステップと、
をさらに、前記プロセッサに実行させるための付記4記載の制御プログラム。
(Appendix 5)
A third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo are the valve opening and the variable of the exhaust circulator. A step of determining whether or not a constraint condition due to saturation of the noise turbo nozzle opening is satisfied;
When it is determined that the constraint condition is not satisfied, the value regarding the tracking error and the value regarding the difference between the operation amount and the operation amount one unit time before the current time are weighted and added while satisfying the constraint condition. Calculate a third time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo so as to minimize the value of the evaluation function Step to redo,
The control program according to appendix 4, for causing the processor to execute

(付記6)
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前置補償器の内部状態出力値と前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値とに応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、
から、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値を抽出して加算するステップと、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の加算結果及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の加算結果に対して前記前置補償器で処理して、当該前置補償器によって処理された後の前記排気循環器のバルブ開度の操作量の加算結果及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の加算結果に、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップと、
を、プロセッサに実行させるための制御プログラム。
(Appendix 6)
Obtaining a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of intake pressure of the engine and a measured value of fresh air;
A target time series value according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, an internal state output value of the predistorter, a measured value of the intake pressure, and a measured value of the fresh air amount A first time series value of the manipulated variable of the valve opening degree of the exhaust circulator and the variable obtained by multiplying a matrix related to an error with a corresponding response time series value by a main control matrix of model predictive control A matrix of first time series values of the operation amount of the nozzle opening of the nozzle turbo;
The exhaust circulator according to the value of one unit time before the current time for the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the value of one unit time before the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The second time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opened value of the variable nozzle turbo are configured to suppress fluctuations in the manipulated variable of the variable valve turbo and the variable nozzle turbo. A matrix of second time series values of manipulated variables;
From this, the value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator after one unit time of the current time and the value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo after one unit time of the current time are extracted. Adding and
The addition result of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the addition result of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo are processed by the pre-compensator and processed by the pre-compensator. After adding the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the addition result of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed Accordingly, by adding the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the command value of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle of the variable nozzle turbo Calculating a command value for the opening;
Is a control program for causing a processor to execute.

(付記7)
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するデータ取得部と、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値に応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、
を加算して得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成する制御演算部と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値を抽出すると共に、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出する指令値算出部と、
を有するエンジン制御装置。
(Appendix 7)
A data acquisition unit for acquiring a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of intake pressure of the engine, and a measured value of fresh air amount;
According to an error between a target time series value according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, and a response time series value according to the measured value of the intake pressure and the measured value of the fresh air amount A first time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a manipulated variable of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, which are obtained by multiplying the matrix by the main control matrix of model predictive control. A matrix of time series values of 1;
The exhaust circulator according to the value of one unit time before the current time for the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the value of one unit time before the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The second time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opened value of the variable nozzle turbo are configured to suppress fluctuations in the manipulated variable of the variable valve turbo and the variable nozzle turbo. A matrix of second time series values of manipulated variables;
For generating a matrix of a third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo obtained by adding An arithmetic unit;
From the matrix of the third time series value of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the third time series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the valve opening degree of the exhaust circulator is determined. Extracting the value after one unit time of the current time of the current amount and the value after one unit time of the current time of the amount of operation of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the set value of the fuel injection amount, and the By adding the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the set value of the engine speed, the command value of the valve opening of the exhaust circulator And a command value calculation unit for calculating a command value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo,
An engine control device.

(付記8)
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するデータ取得部と、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前置補償器の内部状態出力値と前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値とに応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、
を加算して得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成する制御演算部と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値を抽出して前記前置補償器で処理し、当該前置補償器によって処理された後の前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値に、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出する指令値算出部と、
を有するエンジン制御装置。
(Appendix 8)
A data acquisition unit for acquiring a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of intake pressure of the engine, and a measured value of fresh air amount;
A target time series value according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, an internal state output value of the predistorter, a measured value of the intake pressure, and a measured value of the fresh air amount A first time series value of the manipulated variable of the valve opening degree of the exhaust circulator and the variable obtained by multiplying a matrix related to an error with a corresponding response time series value by a main control matrix of model predictive control A matrix of first time series values of the operation amount of the nozzle opening of the nozzle turbo;
The exhaust circulator according to the value of one unit time before the current time for the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the value of one unit time before the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The second time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opened value of the variable nozzle turbo are configured to suppress fluctuations in the manipulated variable of the variable valve turbo and the variable nozzle turbo. A matrix of second time series values of manipulated variables;
For generating a matrix of a third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo obtained by adding An arithmetic unit;
From the matrix of the third time series value of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the third time series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the valve opening degree of the exhaust circulator is determined. A value after one unit time of the current time of the operation amount and a value after one unit time of the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo are extracted and processed by the precompensator, A value after one unit time of the current time of the valve opening manipulated variable of the exhaust circulator after being processed by the pre-compensator and 1 of the current time of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed are set to the value after the unit time. By adding up the valve opening of the exhaust circulator A command value calculation unit for calculating a decree value and the command value of the nozzle opening degree of the variable nozzle turbo,
An engine control device.

1 エンジン本体
1000 エンジン制御装置
110 計画器
112 行列設定器
114 MPC主制御部
116 前操作量行列生成部
118 変動抑制部
120 エンジン特性
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine main body 1000 Engine control apparatus 110 Planner 112 Matrix setter 114 MPC main control part 116 Pre-operation amount matrix generation part 118 Fluctuation suppression part 120 Engine characteristic

Claims (6)

排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値に応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、
を加算して得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成するステップと、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値を抽出すると共に、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップと、
を、プロセッサに実行させるための制御プログラム。
Obtaining a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of intake pressure of the engine and a measured value of fresh air;
According to an error between a target time series value according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, and a response time series value according to the measured value of the intake pressure and the measured value of the fresh air amount A first time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a manipulated variable of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, which are obtained by multiplying the matrix by the main control matrix of model predictive control. A matrix of time series values of 1;
The exhaust circulator according to the value of one unit time before the current time for the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the value of one unit time before the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The second time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opened value of the variable nozzle turbo are configured to suppress fluctuations in the manipulated variable of the variable valve turbo and the variable nozzle turbo. A matrix of second time series values of manipulated variables;
Generating a matrix of a third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, obtained by adding When,
From the matrix of the third time series value of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the third time series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the valve opening degree of the exhaust circulator is determined. Extracting the value after one unit time of the current time of the current amount and the value after one unit time of the current time of the amount of operation of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the set value of the fuel injection amount, and the By adding the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the set value of the engine speed, the command value of the valve opening of the exhaust circulator And calculating a command value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo,
Is a control program for causing a processor to execute.
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値が、前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノイズターボのノズル開度の飽和による制約条件を満たすか判断するステップと、
前記制約条件が満たされないと判断された場合には、前記制約条件を満たしつつ、追従誤差に関する値と、操作量と現在時刻の1単位時間前の操作量との差に関する値とを重み付け加算した評価関数の値を最小化するように、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値を計算し直すステップと、
をさらに、前記プロセッサに実行させるための請求項1記載の制御プログラム。
A third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo are the valve opening and the variable of the exhaust circulator. A step of determining whether or not a constraint condition due to saturation of the noise turbo nozzle opening is satisfied;
When it is determined that the constraint condition is not satisfied, the value regarding the tracking error and the value regarding the difference between the operation amount and the operation amount one unit time before the current time are weighted and added while satisfying the constraint condition. Calculate a third time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo so as to minimize the value of the evaluation function Step to redo,
The control program according to claim 1, further causing the processor to execute.
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前置補償器の内部状態出力値と前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値とに応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、
を加算して得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成するステップと、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値を抽出して前記前置補償器で処理し、当該前置補償器によって処理された後の前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値に、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップと、
を、プロセッサに実行させるための制御プログラム。
Obtaining a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of intake pressure of the engine and a measured value of fresh air;
A target time series value according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, an internal state output value of the predistorter, a measured value of the intake pressure, and a measured value of the fresh air amount A first time series value of the manipulated variable of the valve opening degree of the exhaust circulator and the variable obtained by multiplying a matrix related to an error with a corresponding response time series value by a main control matrix of model predictive control A matrix of first time series values of the operation amount of the nozzle opening of the nozzle turbo;
The exhaust circulator according to the value of one unit time before the current time for the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the value of one unit time before the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The second time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opened value of the variable nozzle turbo are configured to suppress fluctuations in the manipulated variable of the variable valve turbo and the variable nozzle turbo. A matrix of second time series values of manipulated variables;
Generating a matrix of a third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, obtained by adding When,
From the matrix of the third time series value of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the third time series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the valve opening degree of the exhaust circulator is determined. A value after one unit time of the current time of the operation amount and a value after one unit time of the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo are extracted and processed by the precompensator, A value after one unit time of the current time of the valve opening manipulated variable of the exhaust circulator after being processed by the pre-compensator and 1 of the current time of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed are set to the value after the unit time. By adding up the valve opening of the exhaust circulator Calculating a decree value and the command value of the nozzle opening degree of the variable nozzle turbo,
Is a control program for causing a processor to execute.
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値が、前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノイズターボのノズル開度の飽和による制約条件を満たすか判断するステップと、
前記制約条件が満たされないと判断された場合には、前記制約条件を満たしつつ、追従誤差に関する値と、操作量と現在時刻の1単位時間前の操作量との差に関する値とを重み付け加算した評価関数の値を最小化するように、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値を計算し直すステップと、
をさらに、前記プロセッサに実行させるための請求項3記載の制御プログラム。
A third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo are the valve opening and the variable of the exhaust circulator. A step of determining whether or not a constraint condition due to saturation of the noise turbo nozzle opening is satisfied;
When it is determined that the constraint condition is not satisfied, the value regarding the tracking error and the value regarding the difference between the operation amount and the operation amount one unit time before the current time are weighted and added while satisfying the constraint condition. Calculate a third time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time-series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo so as to minimize the value of the evaluation function Step to redo,
The control program according to claim 3, further causing the processor to execute.
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するデータ取得部と、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値に応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、
を加算して得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成する制御演算部と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値を抽出すると共に、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出する指令値算出部と、
を有するエンジン制御装置。
A data acquisition unit for acquiring a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of intake pressure of the engine, and a measured value of fresh air amount;
According to an error between a target time series value according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, and a response time series value according to the measured value of the intake pressure and the measured value of the fresh air amount A first time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a manipulated variable of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, which are obtained by multiplying the matrix by the main control matrix of model predictive control. A matrix of time series values of 1;
The exhaust circulator according to the value of one unit time before the current time for the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the value of one unit time before the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The second time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opened value of the variable nozzle turbo are configured to suppress fluctuations in the manipulated variable of the variable valve turbo and the variable nozzle turbo. A matrix of second time series values of manipulated variables;
For generating a matrix of a third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo obtained by adding An arithmetic unit;
From the matrix of the third time series value of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the third time series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the valve opening degree of the exhaust circulator is determined. Extracting the value after one unit time of the current time of the current amount and the value after one unit time of the current time of the amount of operation of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the set value of the fuel injection amount, and the By adding the reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the set value of the engine speed, the command value of the valve opening of the exhaust circulator And a command value calculation unit for calculating a command value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo,
An engine control device.
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するデータ取得部と、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた目標時系列値と、前置補償器の内部状態出力値と前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値とに応じた応答時系列値との誤差に係る行列に対してモデル予測制御の主制御行列を乗じることで得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第1の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第1の時系列値の行列と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量について現在時刻の1単位時間前の値に応じて前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の変動を抑制させる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第2の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第2の時系列値の行列と、
を加算して得られる、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列を生成する制御演算部と、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の第3の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の第3の時系列値の行列から、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値を抽出して前記前置補償器で処理し、当該前置補償器によって処理された後の前記排気循環器のバルブ開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の前記現在時刻の1単位時間後の値に、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出する指令値算出部と、
を有するエンジン制御装置。
A data acquisition unit for acquiring a set value of fuel injection amount for an engine having an exhaust circulator and a variable nozzle turbo, a set value of engine speed, a measured value of intake pressure of the engine, and a measured value of fresh air amount;
A target time series value according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed, an internal state output value of the predistorter, a measured value of the intake pressure, and a measured value of the fresh air amount A first time series value of the manipulated variable of the valve opening degree of the exhaust circulator and the variable obtained by multiplying a matrix related to an error with a corresponding response time series value by a main control matrix of model predictive control A matrix of first time series values of the operation amount of the nozzle opening of the nozzle turbo;
The exhaust circulator according to the value of one unit time before the current time for the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the value of one unit time before the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The second time-series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and the nozzle opened value of the variable nozzle turbo are configured to suppress fluctuations in the manipulated variable of the variable valve turbo and the variable nozzle turbo. A matrix of second time series values of manipulated variables;
For generating a matrix of a third time series value of the manipulated variable of the valve opening of the exhaust circulator and a third time series value of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo obtained by adding An arithmetic unit;
From the matrix of the third time series value of the operation amount of the valve opening of the exhaust circulator and the third time series value of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo, the valve opening degree of the exhaust circulator is determined. A value after one unit time of the current time of the operation amount and a value after one unit time of the current time of the operation amount of the nozzle opening of the variable nozzle turbo are extracted and processed by the precompensator, A value after one unit time of the current time of the valve opening manipulated variable of the exhaust circulator after being processed by the pre-compensator and 1 of the current time of the manipulated variable of the nozzle opening of the variable nozzle turbo The reference value of the valve opening of the exhaust circulator and the reference value of the nozzle opening of the variable nozzle turbo according to the set value of the fuel injection amount and the set value of the engine speed are set to the value after the unit time. By adding up the valve opening of the exhaust circulator A command value calculation unit for calculating a decree value and the command value of the nozzle opening degree of the variable nozzle turbo,
An engine control device.
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