JP2013200779A - Feedforward control method and feedforward control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To appropriately generate an FF (feedforward) operation amount based on a target value with low man-hours, without the need of modeling a control object and without depending on the degree of change of the target value, in a control system for controlling the control object by feedforward control.SOLUTION: At every prescribed arithmetic timing, a target value smoothing processing unit 61 acquires a target value r(i) at the arithmetic timing, performs smoothing processing for the acquired target value r(i), and thus calculates a smoothed target value rfilt(i) for which the target value r(i) is smoothed. The smoothed target value rfilt(i) is subjected to a differential operation by a target value differential operation unit 71. Then, an FF operation amount calculation processing unit 72 appropriately adds the differential operation value and the smoothed target value rfilt(i) to calculate an FF operation amount u(i).

Description

本発明は、制御対象をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御方法およびフィードフォワード制御装置に関する。   The present invention relates to a feedforward control method and a feedforward control device that perform feedforward control on a controlled object.

従来、制御システムとして、制御出力を用いることなく目標値から所定の演算方法にて操作量を算出し、その操作量にて制御対象を制御する、いわゆるフィードフォワード制御システムが知られている。また、フィードフォワード制御系とフィードバック制御系とを組み合わせてなる2自由度制御システムも知られている。   Conventionally, as a control system, a so-called feedforward control system is known in which an operation amount is calculated from a target value by a predetermined calculation method without using a control output, and a control target is controlled by the operation amount. A two-degree-of-freedom control system that is a combination of a feedforward control system and a feedback control system is also known.

フィードフォワード制御系の具体例として、特許文献1には、制御対象の伝達関数Pに基づいて予め設定された演算式を用いて、目標値rからフィードフォワード操作量(以下「FF操作量」ともいう)uffを算出する技術が記載されている。 As a specific example of the feedforward control system, Patent Literature 1 describes a feedforward manipulated variable (hereinafter referred to as “FF manipulated variable”) from a target value r using an arithmetic expression set in advance based on the transfer function P to be controlled. A technique for calculating u ff is described.

特開2008−287581号公報JP 2008-287581 A

しかし、特許文献1に記載のフィードフォワード制御系は、制御対象の伝達関数に基づくモデルベース設計を前提とするものである。そのため、制御対象がモデル化できていなければ設計することができず、制御設計に手間がかかる。   However, the feedforward control system described in Patent Document 1 is premised on model-based design based on a transfer function to be controlled. For this reason, if the controlled object cannot be modeled, it cannot be designed, and control design takes time.

これに対し、できるだけ手間をかけずに(即ち、モデル化を行うことなく)FF操作量uffを算出する方法として、目標値rの変化のみを捉え、目標値の変化を微分することにより算出する方法が考えられる。しかし、そのように目標値を微分してFF操作量uffを算出する方法は、目標値の変化が大きくなるとFF操作量uffが過大になってしまって使えないという問題がある。特に、制御周期毎に目標値rがステップ的に変化するような制御システムにおいては上記問題が顕著となる。 On the other hand, as a method of calculating the FF manipulated variable u ff with as little effort as possible (that is, without modeling), only the change in the target value r is captured and the change in the target value is differentiated. A way to do this is conceivable. However, the method of calculating the FF manipulated variable u ff by differentiating the target value in this way has a problem that the FF manipulated variable u ff becomes excessive when the change in the target value becomes large and cannot be used. In particular, the above problem becomes significant in a control system in which the target value r changes stepwise for each control cycle.

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、フィードフォワード制御により制御対象を制御する制御システムにおいて、制御対象のモデル化を要することなく且つ目標値の変化の程度によらず、目標値に基づくFF操作量の生成を適切且つ低工数で実現できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in a control system that controls a control target by feedforward control, the control target is not required to be modeled and based on the target value regardless of the degree of change in the target value. An object of the present invention is to enable generation of FF manipulated variables appropriately and with low man-hours.

上記課題を解決するためになされた請求項1に記載の発明は、制御対象をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御方法であって、所定の演算タイミング毎に、その演算タイミングでの目標値を取得して、その取得した目標値に対してなまし処理を行うことにより、その目標値がなまされたなまし目標値を算出し、その算出されたなまし目標値を微分することにより目標値微分値を算出し、これら算出されたなまし目標値と目標値微分値とを用いた所定の演算式によってフィードフォワード操作量を算出する。そして、その算出したフィードフォワード操作量を用いて制御対象を制御する。   The invention according to claim 1, which has been made in order to solve the above-described problem, is a feedforward control method for performing feedforward control on a control target, and obtains a target value at the calculation timing for each predetermined calculation timing. Then, by performing an annealing process on the acquired target value, the target value that has been smoothed is calculated, and the target value derivative is obtained by differentiating the calculated target value. A value is calculated, and a feedforward manipulated variable is calculated by a predetermined arithmetic expression using the calculated smoothing target value and target value differential value. Then, the control target is controlled using the calculated feedforward operation amount.

本発明では、取得した目標値をそのまま用いるのではなく、なまし処理後のなまし目標値を用いる。即ち、なまし処理されたなまし目標値をその演算タイミングでの実質的な目標値(フィードフォワード操作量の算出に用いる目標値。以下「実質目標値」ともいう。)とする。また、目標値の微分についても、取得した目標値を微分するのではなく、なまし処理後のなまし目標値を微分する。   In the present invention, the acquired target value is not used as it is, but the smoothed target value after the annealing process is used. That is, the smoothed target value subjected to the annealing process is set as a substantial target value at the calculation timing (a target value used for calculating the feedforward manipulated variable; hereinafter, also referred to as “actual target value”). Further, regarding the differentiation of the target value, the acquired target value is not differentiated, but the smoothed target value after the annealing process is differentiated.

なお、なまし処理とは、目標値の変化を制限すること、即ち、前回の演算タイミングでの実質目標値から今回の演算タイミングでの実質目標値への変化量が、実際の目標値の変化量よりも小さくなるように、その変化量に制限を設ける処理である。換言すれば、演算タイミング毎に取得される目標値の変化を平滑化してその平滑化された目標値を実質目標値(なまし目標値)とする処理であるとも言える。   The annealing process is to limit the change of the target value, that is, the amount of change from the actual target value at the previous calculation timing to the actual target value at the current calculation timing is the change in the actual target value. In this process, the amount of change is limited so as to be smaller than the amount. In other words, it can be said that this is a process of smoothing the change of the target value acquired at each calculation timing and setting the smoothed target value as the actual target value (the smoothed target value).

このようなフィードフォワード制御方法によれば、目標値をなまし処理した上で微分を行い、なまし目標値と目標値微分値とを用いてフィードフォワード操作量を算出する。そのため、目標値の変化が大きくても(ステップ的に変化しても)目標値微分値が過大になるのが抑えられ、制御対象のモデル化を要することなく且つ目標値の変化の程度によらず、目標値に基づくフィードフォワード操作量の生成を適切且つ低工数で実現できる。   According to such a feedforward control method, differentiation is performed after the target value is smoothed, and the feedforward manipulated variable is calculated using the smoothed target value and the target value differential value. For this reason, even if the change of the target value is large (stepwise change), it is possible to prevent the target value differential value from becoming excessively large, without requiring modeling of the control target and depending on the degree of change of the target value. Therefore, the generation of the feedforward manipulated variable based on the target value can be realized appropriately and with a low man-hour.

請求項2に記載の発明は、制御対象をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御装置であって、所定の演算タイミング毎に、その演算タイミングでの目標値を取得して、その取得した目標値に対してなまし処理を行うことにより、その目標値がなまされたなまし目標値を算出するなまし処理手段と、そのなまし処理手段により算出されたなまし目標値を微分することにより目標値微分値を算出する微分手段と、なまし処理手段により算出されたなまし目標値と微分手段により算出された目標値微分値とを用いた所定の演算式によってフィードフォワード操作量を算出する操作量算出手段と、を備える。そして、操作量算出手段により算出されたフィードフォワード操作量を用いて制御対象を制御する。   The invention according to claim 2 is a feedforward control device that performs feedforward control of a controlled object, acquires a target value at the calculation timing for each predetermined calculation timing, and performs the operation with respect to the acquired target value. By performing the annealing process, the target value is obtained by differentiating the annealing target value calculated by the annealing processing means and the annealing processing means for calculating the annealing target value. A manipulated variable for calculating the feedforward manipulated variable by a predetermined arithmetic expression using a differentiating means for calculating the differential value, the smoothing target value calculated by the smoothing processing means and the target value differential value calculated by the differentiating means. Calculating means. Then, the control target is controlled using the feedforward operation amount calculated by the operation amount calculation means.

このように構成されたフィードフォワード制御装置によれば、上述した本発明のフィードフォワード制御方法が実現され、そのフィードフォワード制御方法によりフィードフォワード操作量が算出されるため、上記同様の作用効果が得られる。   According to the feedforward control device configured in this way, the above-described feedforward control method of the present invention is realized, and the feedforward manipulated variable is calculated by the feedforward control method. It is done.

操作量算出手段がフィードフォワード操作量を算出する際に用いる所定の演算方式としては、例えば請求項3に記載の演算方式を用いることができる。即ち、操作量算出手段は、なまし目標値および目標値微分値をそれぞれ所定の係数を乗じた上で加算することにより、フィードフォワード操作量を算出する。   As the predetermined calculation method used when the operation amount calculation means calculates the feedforward operation amount, for example, the calculation method described in claim 3 can be used. That is, the operation amount calculation means calculates the feedforward operation amount by adding the smoothed target value and the target value differential value after multiplying each by a predetermined coefficient.

このような演算方式にてフィードフォワード操作量を演算することで、目標値およびその変化状態が考慮された適切なフィードフォワード操作量を容易に生成することができる。   By calculating the feedforward manipulated variable by such a computation method, it is possible to easily generate an appropriate feedforward manipulated variable considering the target value and its change state.

請求項4に記載の発明は、請求項2又は請求項3に記載のフィードフォワード制御装置であって、なまし処理手段は、取得した目標値に対するなまし処理を複数回行うことによってなまし目標値を算出する。   Invention of Claim 4 is the feedforward control apparatus of Claim 2 or Claim 3, Comprising: An annealing process means performs an annealing target with respect to the acquired target value by performing the smoothing target several times. Calculate the value.

このように構成されたフィードフォワード制御装置によれば、目標値を複数回なますことでなまし目標値が算出されるため、より大きななまし効果を得ることができる。また、なまし処理の回数を適宜設定することで所望のレベルのなまし効果を得ることができ、フィードフォワード制御の自由度が広がる。   According to the feedforward control device configured as described above, since the smoothed target value is calculated by multiplying the target value a plurality of times, a larger smoothing effect can be obtained. Further, by appropriately setting the number of the annealing processes, a desired level of the annealing effect can be obtained, and the degree of freedom of the feedforward control is expanded.

なまし処理を複数回行う場合の具体的方法は適宜考えられるが、例えば請求項5に記載のように行うことができる。即ち、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のフィードフォワード制御装置であって、なまし処理手段は、演算タイミング毎に、第1なまし処理から第j(jは2以上の自然数)なまし処理までj回のなまし処理を行って、各回のなまし処理毎に順次、第nなまし値(n=1〜j)を算出するよう構成されている。具体的には、最初(1回目)の第1なまし処理では、今回の演算タイミングで取得した目標値と前回の演算タイミングで当該第1なまし処理にて算出した第1なまし値とを重み付け加算することにより、今回の演算タイミングでの第1なまし値を算出する。2回目以降の第nなまし処理では、それぞれ、n−1回目のなまし処理である第n−1なまし処理にて算出された第n−1なまし値と前回の演算タイミングで当該第nなまし処理にて算出した第nなまし値とを重み付け加算することにより、今回の演算タイミングでの第nなまし値を算出する。そして、最後(j回目)の第jなまし処理で算出した第jなまし値を、なまし目標値として算出する。   Although a specific method for performing the annealing process a plurality of times can be considered as appropriate, it can be performed, for example, as described in claim 5. That is, the invention according to claim 5 is the feedforward control device according to claim 4, wherein the smoothing processing means performs jth (j is 2 or more) from the first smoothing process at every calculation timing. (Natural number) It is configured to perform j annealing processes until the annealing process, and sequentially calculate the nth annealing value (n = 1 to j) for each annealing process. Specifically, in the first (first) first smoothing process, the target value acquired at the current calculation timing and the first smoothed value calculated in the first smoothing process at the previous calculation timing are obtained. The first smoothed value at the current calculation timing is calculated by weighted addition. In the second and subsequent n-th smoothing processes, the n-1th smoothing value calculated in the (n-1) th smoothing process, which is the (n-1) th smoothing process, and the previous calculation timing, respectively. The nth smoothing value at the current calculation timing is calculated by weighting and adding the nth smoothing value calculated in the n smoothing process. Then, the jth annealing value calculated in the last (jth) jth annealing process is calculated as the annealing target value.

このように構成されたフィードフォワード制御装置によれば、なまし処理を行う回数jと各回のなまし処理における重み付けとを適宜設定することで、所望のレベルのなまし効果をより確実に得ることができ、フィードフォワード制御の自由度がより広がる。   According to the feedforward control device configured as described above, it is possible to more surely obtain a desired level of smoothing effect by appropriately setting the number j of smoothing processes and the weighting in each smoothing process. And the degree of freedom of feedforward control is further expanded.

請求項6に記載の発明は、請求項2〜請求項5の何れか1項に記載のフィードフォワード制御装置であって、微分手段は、なまし目標値をm階微分(mは2以上の自然数)し、各階の微分値をそれぞれ目標値微分値として算出する。   The invention according to claim 6 is the feedforward control device according to any one of claims 2 to 5, wherein the differentiating means converts the smoothed target value into m-th order differentiation (m is 2 or more). Natural number), and the differential value of each floor is calculated as the target differential value.

このように構成されたフィードフォワード制御装置によれば、各階の微分値がフィードフォワード操作量に反映されるため、目標値の変化状態がより反映されたより適切なフィードフォワード操作量を算出することができる。また、微分階数mを適宜設定することで、フィードフォワード制御の自由度を更に広げることができる。   According to the feedforward control device configured as described above, since the differential value of each floor is reflected in the feedforward manipulated variable, it is possible to calculate a more appropriate feedforward manipulated variable that more reflects the change state of the target value. it can. In addition, the degree of freedom of feedforward control can be further expanded by appropriately setting the differential rank m.

実施形態の車両制御システムの全体構成を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the whole structure of the vehicle control system of embodiment. 実施形態の空燃比制御系の構成を表す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing the structure of the air fuel ratio control system of embodiment. 実施形態の空燃比制御系におけるインジェクタ駆動制御処理を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the injector drive control process in the air fuel ratio control system of the embodiment. 図3のインジェクタ駆動制御処理におけるS150のFB操作量演算処理の詳細を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the detail of the FB operation amount calculation process of S150 in the injector drive control process of FIG. 目標値がステップ的に変化した場合の制御量及び操作量の変化を表すグラフであり、(a)は実施形態(本発明が適用されたFF制御系及びFB制御系の組み合わせ)の制御量の変化及び従来手法(FB制御系のみ)の制御量の変化を表し、(b)は実施形態の操作量の変化及び従来手法の操作量の変化を表す。It is a graph showing the change of the control amount and the operation amount when the target value changes stepwise, (a) is the control amount of the embodiment (combination of the FF control system and the FB control system to which the present invention is applied). The change and the change of the control amount of the conventional method (only the FB control system) are represented, and (b) represents the change of the operation amount of the embodiment and the change of the operation amount of the conventional method. 実施形態における、目標値がステップ的に変化した場合のFF操作量及びFB操作量を表すグラフであり、(a)はFF操作量を表し、(b)はFB操作量を表す。It is a graph showing FF manipulated variable and FB manipulated variable in case a target value changes in steps in an embodiment, (a) expresses FF manipulated variable, and (b) expresses FB manipulated variable. FB制御の効果を説明するためのグラフであり、(a)は時刻1秒で外乱が生じたことを表し、(b)はその外乱に対する制御量の変化についてFB制御が有る場合と無い場合のそれぞれを表し、(c)はその外乱に対する操作量についてFB制御が有る場合と無い場合のそれぞれを表す。It is a graph for demonstrating the effect of FB control, (a) represents that the disturbance generate | occur | produced at the time of 1 second, (b) is the case where FB control exists with respect to the change of the control amount with respect to the disturbance, and when it is not (C) represents each of the cases where the FB control is present and not performed with respect to the manipulated variable for the disturbance.

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示す本実施形態の車両制御システム1は、エンジン10を制御するものである。この車両制御システム1において、内燃機関であるエンジン10の制御は、当該システム1が備える電子制御装置(ECU)50が各種処理を実行することにより実現される。以下では、まず、車両制御システム1の全体構成について説明し、その後、ECU50で実行される処理の内容について具体的に説明する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
A vehicle control system 1 according to the present embodiment shown in FIG. 1 controls an engine 10. In the vehicle control system 1, the control of the engine 10 that is an internal combustion engine is realized by an electronic control unit (ECU) 50 included in the system 1 executing various processes. Below, the whole structure of the vehicle control system 1 is demonstrated first, and the content of the process performed by ECU50 is demonstrated concretely after that.

(1)車両制御システム1の全体構成
図1に示すように、本実施形態の車両制御システム1においては、エンジン10の吸気管13の最上流部に、エアクリーナ15が設けられ、このエアクリーナ15の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ17が設けられている。また、エアフローメータ17の下流側には、モータ19によって開度調整されるスロットルバルブ20とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ21とが設けられている。
(1) Overall Configuration of Vehicle Control System 1 As shown in FIG. 1, in the vehicle control system 1 of the present embodiment, an air cleaner 15 is provided at the most upstream portion of the intake pipe 13 of the engine 10. An air flow meter 17 for detecting the intake air amount is provided on the downstream side. A throttle valve 20 that is adjusted by a motor 19 and a throttle opening sensor 21 that detects the throttle opening are provided on the downstream side of the air flow meter 17.

スロットルバルブ20の下流側には、サージタンク13aが設けられており、このサージタンク13aには、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ23が設けられている。また、サージタンク13aには、エンジン10の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド25が設けられ、各気筒の吸気マニホールド25の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ27が設けられている。   A surge tank 13a is provided on the downstream side of the throttle valve 20, and an intake pipe pressure sensor 23 for detecting the intake pipe pressure is provided in the surge tank 13a. The surge tank 13a is provided with an intake manifold 25 for introducing air into each cylinder of the engine 10, and an injector 27 for injecting fuel is provided near the intake port of the intake manifold 25 of each cylinder.

この他、エンジン10のシリンダヘッドには、気筒毎に、点火プラグ29が設けられ、気筒内の混合気は、点火プラグ29の火花放電によって着火される。この他、エンジン10が有する吸気バルブ31及び排気バルブ32のそれぞれは、可変バルブタイミング調整機構33,34によって駆動されるように構成され、本実施形態の車両制御システム1では、エンジン運転状態に応じて、吸気/排気バルブタイミング(VVT角度)が調整される。   In addition, the cylinder head of the engine 10 is provided with a spark plug 29 for each cylinder, and the air-fuel mixture in the cylinder is ignited by spark discharge of the spark plug 29. In addition, each of the intake valve 31 and the exhaust valve 32 included in the engine 10 is configured to be driven by the variable valve timing adjustment mechanisms 33 and 34. In the vehicle control system 1 according to the present embodiment, the intake valve 31 and the exhaust valve 32 correspond to the engine operating state. Thus, the intake / exhaust valve timing (VVT angle) is adjusted.

また、エンジン10の排気管35には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒37が設けられ、触媒37の上流側には、排出ガスの空燃比λを検出する空燃比センサ39が設けられている。この他、エンジン10のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ41、及び、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ(クランク角センサ)43が設けられている。   Further, the exhaust pipe 35 of the engine 10 is provided with a catalyst 37 such as a three-way catalyst for purifying the exhaust gas, and an air-fuel ratio sensor 39 for detecting the air-fuel ratio λ of the exhaust gas is provided on the upstream side of the catalyst 37. It has been. In addition, the cylinder block of the engine 10 is provided with a water temperature sensor 41 for detecting the cooling water temperature and a rotation speed sensor (crank angle sensor) 43 for detecting the engine rotation speed.

これら各種センサの出力は、ECU50に入力され、ECU50は、これらのセンサ入力に基づき、各種処理を実行する。具体的に、ECU50は、マイクロコンピュータを主体として構成されており、内蔵されたROMに記録された各種のエンジン制御用プログラムを実行することで、空燃比制御、可変バルブタイミング制御、スロットル開度制御、アイドル回転速度制御等の各種のエンジン制御を実現する。以下、本発明を空燃比制御に適用した例につい、より具体的に説明する。   Outputs of these various sensors are input to the ECU 50, and the ECU 50 executes various processes based on these sensor inputs. Specifically, the ECU 50 is configured mainly with a microcomputer, and executes various engine control programs recorded in a built-in ROM, thereby performing air-fuel ratio control, variable valve timing control, throttle opening control. Various engine controls such as idle speed control are realized. Hereinafter, an example in which the present invention is applied to air-fuel ratio control will be described more specifically.

(2)空燃比制御の概要
本実施形態の車両制御システム1では、空燃比λの目標値である目標空燃比λTの逆数1/λTを制御目標(目標値r)として、運転状態に応じて目標値rを切り替え、目標値rと、空燃比センサ39で検出された実際の空燃比(実空燃比)λcとに基づき(詳しくは実空燃比λcの逆数1/λcを制御量yとしてその制御量yとに基づき)、インジェクタ27の燃料噴射量を調整し、空燃比制御を実現する。具体的に、本実施形態では、フィードフォワード制御系にフィードバック制御系を組み合わせてなる2自由度系の空燃比制御システムにより、空燃比制御を実現する。
(2) Outline of Air-Fuel Ratio Control In the vehicle control system 1 of the present embodiment, the reciprocal 1 / λ T of the target air-fuel ratio λ T that is the target value of the air-fuel ratio λ is used as the control target (target value r) to enter the operating state. The target value r is switched accordingly, and based on the target value r and the actual air-fuel ratio (actual air-fuel ratio) λc detected by the air-fuel ratio sensor 39 (specifically, the reciprocal 1 / λc of the actual air-fuel ratio λc is controlled by the control amount y Based on the control amount y), the fuel injection amount of the injector 27 is adjusted to realize air-fuel ratio control. Specifically, in the present embodiment, air-fuel ratio control is realized by a two-degree-of-freedom air-fuel ratio control system in which a feedback control system is combined with a feedforward control system.

本実施形態の空燃比制御システムにおいて最も特徴的な構成は、フィードフォワード制御系の構成にある。即ち、本実施形態のフィードフォワード制御系は、制御対象の伝達関数モデルを用いることなく、目標値rの微分値に基づいて、制御則におけるフィードフォワード項であるフィードフォワード操作量(FF操作量)uffを演算することを第1の特徴的構成としている。また、目標値rの微分について、目標値rをそのまま微分するのではなく、目標値rをなまし処理してそのなまし処理により算出されたなまし目標値rfiltを微分することを第2の特徴的構成としている。 The most characteristic configuration in the air-fuel ratio control system of the present embodiment is the configuration of the feedforward control system. That is, the feedforward control system of the present embodiment uses a feedforward manipulated variable (FF manipulated variable) that is a feedforward term in the control law based on the differential value of the target value r without using a transfer function model to be controlled. The calculation of u ff is a first characteristic configuration. Also, regarding the differentiation of the target value r, the target value r is not differentiated as it is, but the target value r is smoothed and the smoothed target value rfilt calculated by the smoothing process is differentiated. It has a characteristic configuration.

本実施形態の空燃比制御システムでは、所定周期の演算タイミング毎に、目標値rを算出すると共に制御量yを取得し、それらをもとにFF操作量uffおよびFB操作量(フィードバック操作量)ufbを算出して、これらを用いて最終的にプラントへ入力する操作量ufinalを算出する。そして、その算出された操作量ufinalに応じた燃料噴射指令がインジェクタ27に入力されることで、インジェクタ27からはその操作量ufinalに応じた量の燃料が噴射される。 In the air-fuel ratio control system of the present embodiment, the target value r is calculated and the control amount y is obtained at every calculation timing of a predetermined period, and the FF manipulated variable u ff and the FB manipulated variable (feedback manipulated variable) are obtained based on them. ) to calculate the u fb, finally calculates the operation amount ufinal input to the plant using these. Then, a fuel injection command corresponding to the calculated operation amount ufinal is input to the injector 27, so that an amount of fuel corresponding to the operation amount ufinal is injected from the injector 27.

具体的に、本実施形態の空燃比制御システムは、図2に示すような機能ブロック図にて表すことができる。図2の機能ブロック図は、ECU50にて行われる(詳しくはECU50内のマイクロコンピュータがインジェクタ駆動処理(図3参照)を実行することにより実現される)空燃比制御システムとしての機能をブロック図で表現したものである。   Specifically, the air-fuel ratio control system of this embodiment can be represented by a functional block diagram as shown in FIG. The functional block diagram of FIG. 2 is a block diagram showing the functions of the air-fuel ratio control system performed by the ECU 50 (specifically, realized by the microcomputer in the ECU 50 executing the injector driving process (see FIG. 3)). It is a representation.

即ち、本実施形態の空燃比制御システムは、図2に示すように、目標値r(i)をなまし処理することによりその目標値r(i)がなまされたなまし目標値rfilt(i)を算出する目標値なまし処理部61と、そのなまし目標値rfilt(i)に基づいてFF操作量uff(i)を算出するFF操作量演算部62と、なまし目標値rfilt(i)に基づいてFB操作量ufbを算出するFB操作量演算部63と、操作量補正値uotherを算出する他補正演算部64と、FF操作量uff,FB操作量ufbおよび操作量補正値uotherの三者を加算することで操作量ufinalを算出する操作量演算部65と、を備えた構成となっている。これにより、制御対象(プラント)66においては、入力された操作量ufinalに応じた燃料噴射が実行され、その操作量ufinalに対して制御出力(制御量)yが出力される。 That is, as shown in FIG. 2, the air-fuel ratio control system of the present embodiment performs the target value r (i) by smoothing the target value r (i). a target value smoothing processing unit 61 for calculating i), an FF manipulated variable calculating unit 62 for calculating an FF manipulated variable u ff (i) based on the smoothed target value rfilt (i), and a smoothed target value rfilt Based on (i), the FB manipulated variable calculator 63 that calculates the FB manipulated variable u fb , the other correction calculator 64 that calculates the manipulated variable correction value uother, the FF manipulated variable u ff , the FB manipulated variable u fb, and the manipulated variable An operation amount calculation unit 65 that calculates an operation amount ufinal by adding three of the amount correction values uother is provided. Thereby, in the control object (plant) 66, fuel injection corresponding to the input operation amount ufinal is executed, and a control output (control amount) y is output for the operation amount ufinal.

なお、実際に得られる制御出力は、空燃比センサ39の計測値である空燃比λであるが、本実施形態の空燃比制御システムでは、その計測された空燃比λの逆数(燃料過剰率)を制御量yとしてフィードバック制御に用いている。また、「i」は、離散的に発生する演算タイミングの、ある基準タイミング(例えば制御開始後の最初の演算タイミング)からの累積回数(演算回数)を示すものである。   The actually obtained control output is the air-fuel ratio λ, which is a measured value of the air-fuel ratio sensor 39. In the air-fuel ratio control system of this embodiment, the reciprocal of the measured air-fuel ratio λ (fuel excess ratio). Is used for feedback control as a control amount y. Further, “i” indicates the cumulative number (number of times of calculation) of calculation timings that are discretely generated from a certain reference timing (for example, the first calculation timing after the start of control).

目標値r(i)は、ECU50が有する目標値生成機能により生成されるものである。ECU50は、上記演算タイミング毎に、エンジン回転数やアクセル開度などの各種エンジン状態に応じてマップ等を用いて目標値r(i)を算出する。即ち、目標値r(i)は、ステップ的に算出されるものである。   The target value r (i) is generated by a target value generation function that the ECU 50 has. The ECU 50 calculates a target value r (i) using a map or the like according to various engine states such as the engine speed and the accelerator opening at each calculation timing. That is, the target value r (i) is calculated stepwise.

目標値なまし処理部61は、演算タイミング毎に、目標値r(i)に対してなまし処理を行い、その結果(即ち目標値r(i)がなまされた結果)としてのなまし目標値rfilt(i)を出力する。なまし処理は、実際の目標値r(i)の変化を平滑化してその平滑化された値を操作量演算に用いる目標値(なまし目標値)とする処理である。本実施形態では、演算タイミング毎に、第1なまし処理から第j(jは2以上の自然数)なまし処理までj回のなまし処理を行って、各回のなまし処理毎に順次、第nなまし値rn(i)(n=1〜j)を算出する。 The target value smoothing processing unit 61 performs a smoothing process on the target value r (i) at each calculation timing, and smoothes the result (that is, the result of the target value r (i) being smoothed). The target value rfilt (i) is output. The annealing process is a process of smoothing a change in the actual target value r (i) and using the smoothed value as a target value (an annealing target value) used for the operation amount calculation. In the present embodiment, j-time smoothing processing is performed from the first smoothing processing to the j-th (j is a natural number of 2 or more) smoothing processing at each calculation timing. An n-annealed value r n (i) (n = 1 to j) is calculated.

具体的には、まず、下記式(1)のように、今回の演算タイミングで算出された目標値r(i)をr0(1)とする。 Specifically, first, the target value r (i) calculated at the current calculation timing is set to r 0 (1) as in the following formula (1).

Figure 2013200779
Figure 2013200779

そして、式(2)〜式(4)に至るj回の演算により順次なまし処理を実行していく。   Then, the smoothing process is sequentially executed by j operations from Expression (2) to Expression (4).

Figure 2013200779
Figure 2013200779

即ち、上記式(2)による最初の第1なまし処理は、今回の演算タイミングで取得した目標値r(i)(=r0(i))と前回の演算タイミングで当該第1なまし処理にて算出した第1なまし値r1(i−1)とを第1なまし係数α1にて重み付け加算することにより第1なまし値r1(i)を算出するものである。 That is, the first first smoothing process according to the above equation (2) is performed by using the target value r (i) (= r 0 (i)) acquired at the current calculation timing and the previous calculation timing. The first smoothed value r 1 (i) is calculated by weighting and adding the first smoothed value r 1 (i−1) calculated in step 1 with the first smoothing coefficient α 1 .

第1なまし値r1(i)を算出すると、続いてその第1なまし値r1(i)を用いて上記式(3)による2回目の第2なまし処理を行い、第2なまし値r2(i)を算出する。この第2なまし処理は、式(2)で算出した第1なまし値r1(i)と前回の演算タイミングで当該第2なまし処理にて算出した第2なまし値r2(i−1)とを第2なまし係数α2にて重み付け加算するものである。同様にして、3回目からj回目まで、順次なまし処理を繰り返していく。 When the first smoothed value r 1 (i) is calculated, a second second smoothing process according to the above equation (3) is then performed using the first smoothed value r 1 (i), and the second smoothing value r 1 (i) is calculated. The preferred value r 2 (i) is calculated. This second smoothing process includes the first smoothed value r 1 (i) calculated by the expression (2) and the second smoothed value r 2 (i calculated by the second smoothing process at the previous calculation timing). -1) is weighted and added with the second smoothing coefficient α 2 . Similarly, the smoothing process is repeated sequentially from the third time to the jth time.

即ち、2回目以降のn回目の第nなまし処理では、n−1回目のなまし処理である第n−1なまし処理にて算出した第n−1なまし値rn-1(i)と前回の演算タイミングで当該第nなまし処理にて算出した第nなまし値rn(i−1)とを第nなまし係数αnにて重み付け加算することにより第nなまし値rn(i)を算出する。これにより、最終的に、式上記(4)にて、j回目の第jなまし処理が行われ、第jなまし値rj(i)が算出される。 That is, in the n-th annealing process for the n-th time after the second time, the ( n-1 ) -th annealing value r n-1 (i ) And the nth smoothed value r n (i−1) calculated by the nth smoothing process at the previous calculation timing, and the nth smoothed value by weighting and adding with the nth smoothing coefficient α n . to calculate the r n (i). As a result, the j-th j-th annealing process is finally performed in equation (4) above, and the j-th annealing value r j (i) is calculated.

このようにj回のなまし処理を行うことによって最終的に算出された第jなまし値rj(i)を、下記式(5)のように、なまし目標値rfilt(i)とする。 The jth smoothing value r j (i) finally calculated by performing j smoothing processes in this way is set as the smoothing target value rfilt (i) as shown in the following formula (5). .

Figure 2013200779
Figure 2013200779

なお、なまし係数αnは、なましの強さ(重み)を決定するものであって、0≦αn<1の範囲内で適宜決めることができる。このなまし係数αnを大きくすればするほどなましの効果が大きくなる。 The annealing coefficient α n determines the strength (weight) of the annealing, and can be appropriately determined within the range of 0 ≦ α n <1. The greater the smoothing coefficient α n , the greater the smoothing effect.

そのため、なまし処理を行う回数j、および各回のなまし処理における各なまし係数αnをそれぞれ適宜設定することで、なましの効果を細かく設定でき、所望のなまし効果を得ることができるようになる。 Therefore, by appropriately setting the number j of the annealing processes and the respective smoothing coefficients α n in each of the annealing processes, it is possible to finely set the effect of the annealing and obtain a desired annealing effect. It becomes like this.

FF操作量演算部62は、目標値なまし処理部61で算出されたなまし目標値rfilt(i)を用いてFF操作量uff(i)を算出する。
即ち、まず目標値微分演算部71にて、なまし目標値rfilt(i)の微分演算を行う。なお、本実施形態の空燃比制御システムは演算タイミング毎の離散的処理(デジタル処理)にて行われるため、本実施形態でいう微分とは、前回演算タイミングから今回演算タイミングまでの差分をその時間間隔Δtで除算する処理を意味する。
The FF manipulated variable calculator 62 calculates the FF manipulated variable u ff (i) using the smoothed target value rfilt (i) calculated by the target value smoothing processor 61.
That is, first, the target value differential calculation unit 71 performs differential calculation of the smoothed target value rfilt (i). In addition, since the air-fuel ratio control system of this embodiment is performed by discrete processing (digital processing) at each calculation timing, the differentiation in this embodiment is the difference from the previous calculation timing to the current calculation timing. This means a process of dividing by the interval Δt.

本実施形態の微分演算では、なまし目標値rfilt(i)をm階微分する。そこで目標値微分演算部71では、下記式(6)〜(8)に示すように、各階の微分演算における差分値である微分演算用差分値d1(i)〜dm(i)を算出する。なお、下記式(6)〜(8)において「d」に添えられた数字は、微分の階数を示すものである。この微分階数mは適宜決めることができる。 In the differential operation of the present embodiment, the smoothed target value rfilt (i) is m-order differentiated. Therefore, the target value differential calculation unit 71 calculates differential value d 1 (i) to d m (i) for differential calculation, which is a differential value in differential calculation of each floor, as shown in the following formulas (6) to (8). To do. In the following formulas (6) to (8), the number attached to “d” indicates the rank of differentiation. This differential rank m can be determined as appropriate.

Figure 2013200779
Figure 2013200779

そして、算出された各階の微分演算用差分値d1(i)〜dm(i)、時間間隔Δt、及びなまし目標値rfilt(i)を用いて、FF操作量算出処理部72にて、下記式(9)によるFF操作量uff(i)の算出を行う。 Then, the FF manipulated variable calculation processing unit 72 uses the calculated differential value d 1 (i) to d m (i) for each floor, the time interval Δt, and the smoothing target value rfilt (i). The FF manipulated variable u ff (i) is calculated by the following equation (9).

Figure 2013200779
Figure 2013200779

なお、上記式(9)における右辺各項の各係数k、FF1〜FFmは、適宜決めることができる。
FB操作量演算部63は、目標値なまし処理部61で算出されたなまし目標値rfilt(i)を用いてFB操作量ufb(i)を算出する。具体的には、演算タイミング毎に、目標遅延部76がなまし目標値r(i)を遅延演算することによりw回前の演算タイミングにおけるなまし目標値rfilt(i−w)をフィードバック目標値yr(i)として出力する。そして、偏差演算部77が、そのフィードバック目標値yr(i)と制御量y(i)との差分e(i)を演算し、FB操作量算出処理部78が、その差分e(i)に基づくPID制御演算を実行することにより、FB操作量ufb(i)を算出する。このFB操作量演算部63のより詳細な演算処理等については、後で図4を用いて説明する。
In addition, each coefficient k and FF 1 to FF m of each term on the right side in the above equation (9) can be determined as appropriate.
The FB manipulated variable calculator 63 calculates the FB manipulated variable u fb (i) using the smoothed target value rfilt (i) calculated by the target value smoothing processor 61. Specifically, at each calculation timing, the target delay unit 76 delay-calculates the smoothing target value r (i), so that the smoothing target value rfilt (i−w) at the previous calculation timing is obtained as the feedback target value. Output as yr (i). Then, the deviation calculator 77 calculates a difference e (i) between the feedback target value yr (i) and the control amount y (i), and the FB manipulated variable calculation processor 78 calculates the difference e (i). The FB operation amount u fb (i) is calculated by executing the PID control calculation based on it. More detailed calculation processing of the FB operation amount calculation unit 63 will be described later with reference to FIG.

なお、wはむだ時間を示すものである。即ち、本実施形態の空燃比制御システムでは、ある演算タイミングで算出されたなまし目標値rfilt(i)に基づく燃料噴射指令が出力されてからそれが反映された制御量yが観測されるまでにはある程度の時間差があるため、その時間差を考慮してむだ時間wを設定している。本実施形態のむだ時間wは、上記時間差が演算周期を基準に換算されて整数化(演算周期の整数倍を表す数値化)されたものである。   Note that w indicates a dead time. That is, in the air-fuel ratio control system of the present embodiment, the fuel injection command based on the smoothing target value rfilt (i) calculated at a certain calculation timing is output until the control amount y reflecting it is observed. Since there is a certain time difference, the dead time w is set in consideration of the time difference. The dead time w of the present embodiment is obtained by converting the above time difference into an integer based on the calculation cycle (a numerical value representing an integer multiple of the calculation cycle).

他補正演算部64は、上記各操作量uff(i)及びufb(i)に対する各種の補正を行うものであり、例えばエンジンの冷却水温や車両の加速状態等に基づく所定の演算によって、操作量補正値uotherを所定のタイミング毎に算出する。 The other correction calculation unit 64 performs various corrections for the respective operation amounts u ff (i) and u fb (i). For example, the other correction calculation unit 64 performs a predetermined calculation based on the engine coolant temperature, the vehicle acceleration state, and the like. An operation amount correction value uother is calculated at every predetermined timing.

操作量演算部65は、FF操作量演算部62にて算出されたFF操作量uff(i)、FB操作量演算部63にて算出されたFB操作量ufb(i)、および他補正演算部64にて算出された操作量補正値uotherを加算して、操作量ufinalを算出する。 The operation amount calculation unit 65 includes an FF operation amount u ff (i) calculated by the FF operation amount calculation unit 62, an FB operation amount u fb (i) calculated by the FB operation amount calculation unit 63, and other corrections. The operation amount ufinal is calculated by adding the operation amount correction value uother calculated by the calculation unit 64.

(3)インジェクタ駆動制御処理の説明
次に、上述した図2の空燃比制御システムの機能を実現すべくECU50が実行するインジェクタ駆動制御処理について、図3を用いて説明する。なお、以下の説明では、説明の簡素化のために、FF操作量uff(i)の生成において、なまし処理は2回行い(つまりj=2)、微分演算は1階微分(つまりm=1)とした場合を例に挙げて説明する。
(3) Description of Injector Drive Control Process Next, the injector drive control process executed by the ECU 50 to realize the function of the air-fuel ratio control system of FIG. 2 described above will be described with reference to FIG. In the following description, for simplification of description, in the generation of the FF manipulated variable u ff (i), the smoothing process is performed twice (that is, j = 2), and the differential operation is performed by the first-order differentiation (that is, m = 1) is described as an example.

ECU50のマイクロコンピュータは、演算タイミング毎にこのインジェクタ駆動制御処理を開始すると、まずS110にて、エンジン状態より目標値r(i)を算出する。なお、ここで算出する目標値r(i)は、目標空燃比λT(i)の逆数である。 When the microcomputer of the ECU 50 starts the injector drive control process at every calculation timing, first, in S110, the microcomputer calculates a target value r (i) from the engine state. The target value r (i) calculated here is the reciprocal of the target air-fuel ratio λ T (i).

S120では、S110で算出した目標値r(i)をなまし処理することで、なまし目標値rfilt(i)を算出する。具体的には、下記式(10)〜(12)に示す手順で順次(本例では2回)なまし処理を行う。   In S120, the smoothing target value rfilt (i) is calculated by performing the smoothing process on the target value r (i) calculated in S110. Specifically, the annealing process is performed sequentially (twice in this example) according to the procedures shown in the following formulas (10) to (12).

Figure 2013200779
Figure 2013200779

そして、2回目のなまし処理(式(12))で算出された第2なまし値r2(i)を、下記式(13)に示すようになまし目標値rfilt(i)として算出する。 Then, the second smoothed value r 2 (i) calculated in the second smoothing process (Formula (12)) is calculated as the smoothed target value rfilt (i) as shown in the following Formula (13). .

Figure 2013200779
Figure 2013200779

S130では、なまし目標値rfilt(i)を微分するために、下記式(14)にて微分演算用差分値d1(i)を算出する。 In S130, in order to differentiate the smoothing target value rfilt (i), the differential value d 1 (i) for differentiation calculation is calculated by the following equation (14).

Figure 2013200779
Figure 2013200779

そして、S140で、下記式(15)によりFF操作量uff(i)を算出する。 In S140, the FF manipulated variable u ff (i) is calculated by the following equation (15).

Figure 2013200779
Figure 2013200779

なお、S130にて上記式(15)の右辺第2項の演算を完了させる(即ち微分演算を完了させる)ようにしてもよいこと、即ち図2の機能ブロック図でいえば、目標値微分演算部71にて、各微分演算用差分値をそれぞれ時間間隔Δtで除算することにより微分演算を完了させるようにしてもよいことは、いうまでもない。   In S130, the calculation of the second term on the right side of the above equation (15) may be completed (that is, the differential calculation is completed), that is, the target value differential calculation in the functional block diagram of FIG. It goes without saying that the differential calculation may be completed by dividing each differential calculation difference value by the time interval Δt in the unit 71.

このようにしてFF操作量uff(i)を算出したら、次にS150にて、FB操作量ufb(i)の演算を行う。S150のFB操作量演算処理の詳細は、図4に示す通りである。 After calculating the FF manipulated variable u ff (i) in this way, the FB manipulated variable u fb (i) is calculated in S150. Details of the FB manipulated variable calculation process in S150 are as shown in FIG.

即ち、まずS210にて、空燃比センサ39の計測値である実空燃比λcを読み出す。そしてS220にて、その読み出した実空燃比λcの逆数を制御量yとする。S230では、S120で算出したなまし目標値rfilt(i)を読み出す。   That is, first, in S210, the actual air-fuel ratio λc, which is a measured value of the air-fuel ratio sensor 39, is read. In S220, the reciprocal of the read actual air-fuel ratio λc is set as a control amount y. In S230, the smoothing target value rfilt (i) calculated in S120 is read.

そして、これら読み出した制御量yおよびなまし目標値rfilt(i)に基づいて、S240にて制御量偏差を算出する。
具体的には、まず、下記式(16)に示すように、むだ時間wを考慮して、w回前の演算タイミングにおけるなまし目標値rfilt(i−w)をフィードバック目標値yr(i)として算出する。
Based on the read control amount y and the smoothing target value rfilt (i), a control amount deviation is calculated in S240.
Specifically, first, as shown in the following equation (16), in consideration of the dead time w, the smoothing target value rfilt (i−w) at the calculation timing before w times is set to the feedback target value yr (i). Calculate as

Figure 2013200779
Figure 2013200779

そして、下記式(17)により、そのフィードバック目標値yr(i)と制御量y(i)との差である第1偏差e(i)を算出し、下記式(18)により、その第1偏差e(i)の微分値である偏差1階微分値de(i)を算出し、更に下記式(19)により、第1偏差eの2階微分値である偏差2回微分値d2e(i)を算出する。なお、むだ時間wは例えば上記の通り7とすることができる。また、Δtは上記時間間隔である。 Then, a first deviation e (i) that is a difference between the feedback target value yr (i) and the control amount y (i) is calculated by the following equation (17), and the first deviation e (i) is calculated by the following equation (18). A deviation first-order differential value de (i), which is a differential value of the deviation e (i), is calculated, and further, a deviation double-differential value d 2 e that is a second-order differential value of the first deviation e is calculated by the following equation (19). (I) is calculated. The dead time w can be set to 7 as described above, for example. Δt is the time interval.

Figure 2013200779
Figure 2013200779

S250では、下記式(20)により、FB操作量増分値Δufb(i)を算出する。なお、式(20)の右辺各項の各係数は適宜決めることができる。 In S250, the FB manipulated variable increment value Δu fb (i) is calculated by the following equation (20). In addition, each coefficient of each term on the right side of Expression (20) can be determined as appropriate.

Figure 2013200779
Figure 2013200779

そして、S260にて、下記式(21)により、前回の演算タイミングで算出したFB操作量ufb(i−1)にS250で算出したFB操作量増分値Δufb(i)を加算することで、今回のFB操作量ufb(i)を算出する。 In S260, the FB operation amount increment Δu fb (i) calculated in S250 is added to the FB operation amount u fb (i−1) calculated at the previous calculation timing by the following equation (21). The current FB operation amount u fb (i) is calculated.

Figure 2013200779
Figure 2013200779

このようにしてFB操作量ufb(i)を算出すると、続くS160(図3)にて、操作量補正値uotherを算出する。
そして、S170にて、下記式(22)により操作量ufinalを算出し、その算出した操作量ufinal(i)に基づく燃料噴射指令をインジェクタ27に出力することで、インジェクタ27を駆動する。
When the FB manipulated variable u fb (i) is calculated in this way, the manipulated variable correction value uother is calculated in the subsequent S160 (FIG. 3).
In S170, the operation amount ufinal is calculated by the following equation (22), and a fuel injection command based on the calculated operation amount ufinal (i) is output to the injector 27, thereby driving the injector 27.

Figure 2013200779
Figure 2013200779

(4)実施形態の効果等
以上説明した本実施形態の車両制御システム1によれば、目標値r(i)をなまし処理した上で微分を行い、なまし目標値rfilt(i)とその微分値とを用いてFF操作量uff(i)を算出する。具体的には、なまし目標値rfilt(i)および微分値をそれぞれ所定の係数を乗じた上で加算することにより、FF操作量uff(i)を算出する。
(4) Effects of Embodiment, etc. According to the vehicle control system 1 of the present embodiment described above, the target value r (i) is differentiated after being smoothed, the smoothed target value rfilt (i) and its The FF manipulated variable u ff (i) is calculated using the differential value. Specifically, the FF manipulated variable u ff (i) is calculated by adding the smoothed target value rfilt (i) and the differential value after multiplying each by a predetermined coefficient.

そのため、目標値r(i)の変化が大きくても(ステップ的に変化しても)その微分値が過大になるのが抑えられ、制御対象のモデル化を要することなく且つ目標値r(i)の変化の程度によらず、目標値r(i)に基づくFF操作量uff(i)の生成を適切且つ低工数で容易に実現できる。 Therefore, even if the change of the target value r (i) is large (even if it changes stepwise), it is possible to prevent the differential value from becoming excessive, and the target value r (i) is not required to model the control target. ), The generation of the FF manipulated variable u ff (i) based on the target value r (i) can be easily realized with appropriate and low man-hours.

また、目標値r(i)のなまし処理については、目標値r(i)に対するなまし処理を複数回(上記例では2回)行うことによってなまし目標値rfilt(i)を算出するようにしている。このように目標値r(i)を複数回なますことにより、より大きななまし効果を得ることができる。また、なまし処理の回数jを適宜設定することで所望のレベルのなまし効果を得ることができ、フィードフォワード制御の自由度が広がる。   As for the smoothing process of the target value r (i), the smoothing target value rfilt (i) is calculated by performing the smoothing process on the target value r (i) a plurality of times (twice in the above example). I have to. Thus, a larger smoothing effect can be obtained by multiplying the target value r (i) a plurality of times. Further, by appropriately setting the number j of the annealing processes, a desired level of the annealing effect can be obtained, and the degree of freedom of the feedforward control is expanded.

また、そのなまし処理の具体的方法として、本実施形態では、図3のS120で説明した方法(詳しくは上記式(1)〜(5)に示した方法)でなまし処理を複数回行うようにしている。即ち、まず目標値r(i)をなまし処理して第1なまし値r1(i)を求め、その第1なまし値r1(i)をさらになまし処理することで第2なまし値r2(i)を求める、といった手順でなまし処理を順次行っていくことで、最終的ななまし目標値rfilt(i)を得るようにしている。そのため、なまし処理の回数jや、各回のなまし処理における重み付け(なまし係数αn(n=1〜j))を、それぞれ適宜設定することで、所望のレベルのなまし効果をより確実に得ることができ、フィードフォワード制御の自由度がより広がる。 Further, as a specific method of the annealing process, in this embodiment, the annealing process is performed a plurality of times by the method described in S120 of FIG. 3 (specifically, the method shown in the above formulas (1) to (5)). I am doing so. That is, first, the target value r (i) is smoothed to obtain the first smoothed value r 1 (i), and the first smoothed value r 1 (i) is further smoothed to obtain the second smoothing value. The final smoothing target value rfilt (i) is obtained by sequentially performing the smoothing process according to the procedure of obtaining the preferred value r 2 (i). Therefore, by appropriately setting the number of times j of the annealing process and the weighting (smoothing coefficient α n (n = 1 to j)) in each of the annealing processes, the desired level of the annealing effect can be more reliably ensured. The degree of freedom of feedforward control is further expanded.

また、なまし目標値rfilt(i)を複数階微分し、各階の微分値をそれぞれ用いることで、目標値r(i)の変化状態がより反映されたより適切なFF操作量uff(i)を算出することができる。また、微分階数mを適宜設定することで、フィードフォワード制御の自由度を更に広げることができる。 Further, the smoothed target value rfilt (i) is subjected to multiple-order differentiation, and the differential value of each floor is used, so that a more appropriate FF manipulated variable u ff (i) that reflects the change state of the target value r (i). Can be calculated. In addition, the degree of freedom of feedforward control can be further expanded by appropriately setting the differential rank m.

ここで、FF制御系とFB制御系を組み合わせることの効果について、図5〜図7のシミュレーション結果を用いて説明する。
まず図5は、FB制御系のみの従来の制御系と、本実施形態の構成(FF制御系とFB制御系の組み合わせであって且つFF制御系に本発明が適用されたもの)との比較結果を示すものである。時刻1秒で目標値rがステップ変化したとき、操作量ufinalは、図5(b)に示すように、FB制御系のみの従来の手法の場合、目標値rの偏差の影響により過大な補正演算がなされ、操作量ufinalが大きく変化している。そのため、制御量yは、図5(a)に示すように、オーバーシュートが発生している。
Here, the effect of combining the FF control system and the FB control system will be described with reference to the simulation results of FIGS.
First, FIG. 5 shows a comparison between the conventional control system having only the FB control system and the configuration of the present embodiment (a combination of the FF control system and the FB control system and the present invention is applied to the FF control system). The result is shown. When the target value r changes stepwise at time 1 second, the manipulated variable ufinal is excessively corrected due to the influence of the deviation of the target value r in the conventional method using only the FB control system, as shown in FIG. An operation is performed and the manipulated variable ufinal changes greatly. Therefore, the control amount y has an overshoot as shown in FIG.

これに対し、本発明が適用された実施形態の制御システムの場合は、目標値がステップ変化した場合、FF制御系及びFB制御系にてそれぞれ適切なFF操作量uffおよびFB操作量ufbが演算される。 On the other hand, in the case of the control system of the embodiment to which the present invention is applied, when the target value changes stepwise, the appropriate FF manipulated variable u ff and FB manipulated variable u fb in the FF control system and the FB control system, respectively. Is calculated.

具体的には、FF操作量uffについては、図6(a)に示すように、目標値のステップ変化に対して過大な変化が抑えられながらも適切なFF操作量uffが算出されている。これにより、図6(b)に示すように、FB制御の寄与分が小さく抑えられている。 Specifically, for the FF manipulated variable u ff , as shown in FIG. 6A , an appropriate FF manipulated variable u ff is calculated while suppressing an excessive change with respect to the step change of the target value. Yes. Thereby, as shown in FIG.6 (b), the contribution of FB control is suppressed small.

そのため、図5(b)に示すように、適切な操作量ufinalが演算される。そして、その適切な操作量ufinalを用いて制御することで、図5(a)に示すように、制御量yは、オーバーシュートがなく目標値rに適切に追従している。   Therefore, an appropriate operation amount ufinal is calculated as shown in FIG. Then, by controlling using the appropriate operation amount ufinal, as shown in FIG. 5A, the control amount y appropriately follows the target value r without overshoot.

また、図7に示すように、FF制御にFB制御を組み合わせることで、外乱に対する補償挙動の改善が可能となる。即ち、例えば図7(a)に示すように時刻1秒で0.1の外乱(例えばパージ)が入ったと仮定する。また、目標値は1であるとする。   Further, as shown in FIG. 7, the compensation behavior for disturbance can be improved by combining the FB control with the FF control. That is, for example, as shown in FIG. 7A, it is assumed that a disturbance (for example, purge) of 0.1 occurs at 1 second in time. The target value is assumed to be 1.

この場合、操作量ufinalは、図7(c)に示すように、FB制御が無い場合はFF制御系からのFF操作量のみとなり、これにより、制御量yは、図7(b)に示すように、目標値1への追従しにくくなる。これに対し、FB制御を組み合わせると、図7(b)に示すように、制御量yを目標値1へ迅速に追従させることができる。つまり、適切なフィードバックゲインにてFB制御系を構築してFF制御系と組み合わせることで、FF制御系のみの場合あるいはFB制御系のみの場合よりも目標値への追従性をより高めることができる。   In this case, as shown in FIG. 7C, the manipulated variable ufinal is only the FF manipulated variable from the FF control system when there is no FB control, whereby the controlled variable y is shown in FIG. 7B. Thus, it becomes difficult to follow the target value 1. On the other hand, when the FB control is combined, the control amount y can quickly follow the target value 1 as shown in FIG. In other words, by constructing the FB control system with an appropriate feedback gain and combining it with the FF control system, it is possible to improve the follow-up to the target value more than when only the FF control system or only the FB control system. .

そして、本発明を空燃比制御システムに適用することで、目標空燃比が変動する場合でも、速やかに、制御量(空燃比)を目標値に追従させる事が可能となり、運転性能、排気ガス浄化性能が向上し、また、燃費改善にも効果がある。   By applying the present invention to an air-fuel ratio control system, even when the target air-fuel ratio fluctuates, it becomes possible to quickly follow the control amount (air-fuel ratio) to the target value. The performance is improved and the fuel efficiency is improved.

なお、本実施形態において、目標値なまし処理部61は本発明のなまし処理手段に相当し、目標値微分演算部71及びFF操作量算出処理部72(時間間隔Δtでの除算処理)は本発明の微分手段に相当し、FF操作量算出処理部72は本発明の操作量算出手段に相当する。また、図3のインジェクタ駆動制御処理において、S120の処理は本発明のなまし処理手段が実行する処理に相当し、S130〜S140の処理(但しS140は右辺第2項の微分演算)は本発明の微分手段が実行する処理に相当し、S140の処理は本発明の操作量算出手段が実行する処理に相当する。   In the present embodiment, the target value smoothing processing unit 61 corresponds to the smoothing processing means of the present invention, and the target value differentiation calculation unit 71 and the FF manipulated variable calculation processing unit 72 (division processing at the time interval Δt) are The FF manipulated variable calculation processing unit 72 corresponds to the differential means of the present invention, and the manipulated variable calculation means of the present invention. In the injector drive control process of FIG. 3, the process of S120 corresponds to the process executed by the annealing process means of the present invention, and the process of S130 to S140 (where S140 is the differential operation of the second term on the right side) is the present invention. The processing of S140 corresponds to the processing executed by the operation amount calculation means of the present invention.

[変形例]
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
[Modification]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention. Needless to say.

例えば、上記実施形態では、目標値r(i)のなまし処理を、式(1)〜(5)に示した方法で行うようにしたが、このような演算方法はあくまでも一例であり、目標値r(i)を適切になますことができる限り、その具体的方法は種々考えられる。   For example, in the above embodiment, the target value r (i) is smoothed by the method shown in the equations (1) to (5), but such a calculation method is merely an example, and the target value As long as the value r (i) can be appropriately rounded, various specific methods are conceivable.

また、上記実施形態では、本発明を空燃比制御システムに適用した例について説明したが、本発明の適用は空燃比制御システムに限定されるものではなく、FF制御系を備えた、又はFF制御系を追加可能な、あらゆる制御システムに対して適用可能であり、特に目標値がステップ変化するようなFF制御系に対して好適である。   In the above embodiment, the example in which the present invention is applied to the air-fuel ratio control system has been described. However, the application of the present invention is not limited to the air-fuel ratio control system, and the FF control system is provided or is controlled. The present invention can be applied to any control system to which a system can be added, and is particularly suitable for an FF control system in which the target value changes stepwise.

1…車両制御システム、10…エンジン、13…吸気管、15…エアクリーナ、17…エアフローメータ、19…モータ、20…スロットルバルブ、21…スロットル開度センサ、23…吸気管圧力センサ、25…吸気マニホールド、27…インジェクタ、29…点火プラグ、31…吸気バルブ、32…排気バルブ、33,34…可変バルブタイミング調整機構、35…排気管、37…触媒、39…空燃比センサ、41…水温センサ、43…回転速度センサ、50…ECU、61…目標なまし処理部、62…FF操作量演算部、63…FB操作量演算部、64…他補正演算部、65…操作量演算部、66…制御対象(プラント)、71…目標値微分演算部、72…FF操作量算出処理部、76…目標遅延部、77…偏差演算部、78…FB操作量算出処理部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle control system, 10 ... Engine, 13 ... Intake pipe, 15 ... Air cleaner, 17 ... Air flow meter, 19 ... Motor, 20 ... Throttle valve, 21 ... Throttle opening sensor, 23 ... Intake pipe pressure sensor, 25 ... Intake Manifold 27 ... Injector 29 ... Spark plug 31 ... Intake valve 32 ... Exhaust valve 33,34 ... Variable valve timing adjustment mechanism 35 ... Exhaust pipe 37 ... Catalyst 39 ... Air fuel ratio sensor 41 ... Water temperature sensor , 43 ... Rotational speed sensor, 50 ... ECU, 61 ... Target smoothing processing unit, 62 ... FF manipulated variable computing unit, 63 ... FB manipulated variable computing unit, 64 ... Other correction computing unit, 65 ... manipulated variable computing unit, 66 ... Control target (plant), 71 ... Target value differential calculation unit, 72 ... FF manipulated variable calculation processing unit, 76 ... Target delay unit, 77 ... Deviation calculation unit, 78 ... FB operation The amount calculation processing unit

Claims (6)

制御対象をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御方法であって、
所定の演算タイミング毎に、その演算タイミングでの目標値を取得して、その取得した目標値に対してなまし処理を行うことにより、その目標値がなまされたなまし目標値を算出し、
前記なまし処理により算出された前記なまし目標値を微分することにより目標値微分値を算出し、
前記なまし目標値と前記目標値微分値とを用いた所定の演算式によってフィードフォワード操作量を算出し、
その算出したフィードフォワード操作量を用いて前記制御対象を制御する
ことを特徴とするフィードフォワード制御方法。
A feedforward control method for feedforward control of an object to be controlled,
At each predetermined calculation timing, the target value at that calculation timing is acquired, and the target value that has been smoothed is calculated by performing an annealing process on the acquired target value. ,
A target value differential value is calculated by differentiating the smoothing target value calculated by the annealing process,
A feedforward manipulated variable is calculated by a predetermined arithmetic expression using the smoothing target value and the target value differential value,
The control object is controlled using the calculated feedforward manipulated variable. A feedforward control method characterized by:
制御対象をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御装置であって、
所定の演算タイミング毎に、その演算タイミングでの目標値を取得して、その取得した目標値に対してなまし処理を行うことにより、その目標値がなまされたなまし目標値を算出するなまし処理手段と、
前記なまし処理手段により算出された前記なまし目標値を微分することにより目標値微分値を算出する微分手段と、
前記なまし目標値と前記目標値微分値とを用いた所定の演算式によってフィードフォワード操作量を算出する操作量算出手段と、
を備え、前記操作量算出手段により算出された前記フィードフォワード操作量を用いて前記制御対象を制御する
ことを特徴とするフィードフォワード制御装置。
A feedforward control device that performs feedforward control of a controlled object,
At each predetermined calculation timing, a target value at the calculation timing is acquired, and an annealing target value is calculated by performing an annealing process on the acquired target value. Annealing means,
Differentiating means for calculating a target value differential value by differentiating the smoothing target value calculated by the annealing processing means;
An operation amount calculation means for calculating a feedforward operation amount by a predetermined arithmetic expression using the smoothing target value and the target value differential value;
The feedforward control device is characterized in that the control target is controlled using the feedforward operation amount calculated by the operation amount calculation means.
請求項2に記載のフィードフォワード制御装置であって、
前記操作量算出手段は、前記なまし目標値および前記目標値微分値をそれぞれ所定の係数を乗じた上で加算することにより、前記フィードフォワード操作量を算出する
ことを特徴とするフィードフォワード制御装置。
The feedforward control device according to claim 2,
The operation amount calculation means calculates the feed forward operation amount by adding the smoothed target value and the target value differential value after multiplying each by a predetermined coefficient, respectively. .
請求項2又は請求項3に記載のフィードフォワード制御装置であって、
前記なまし処理手段は、取得した前記目標値に対する前記なまし処理を複数回行うことによって前記なまし目標値を算出する
ことを特徴とするフィードフォワード制御装置。
A feedforward control device according to claim 2 or claim 3,
The said smoothing process means calculates the said smoothing target value by performing the said smoothing process with respect to the acquired said target value in multiple times. The feedforward control apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項4に記載のフィードフォワード制御装置であって、
前記なまし処理手段は、
前記演算タイミング毎に、第1なまし処理から第j(jは2以上の自然数)なまし処理までj回のなまし処理を行って、各回のなまし処理毎に順次、第nなまし値(n=1〜j)を算出するよう構成されていて、
最初の前記第1なまし処理では、今回の前記演算タイミングで取得した前記目標値と前回の前記演算タイミングで当該第1なまし処理にて算出した第1なまし値とを重み付け加算することにより前記第1なまし値を算出し、
2回目以降の第nなまし処理では、それぞれ、n−1回目のなまし処理である第n−1なまし処理にて算出された第n−1なまし値と前回の前記演算タイミングで当該第nなまし処理にて算出した第nなまし値とを重み付け加算することにより前記第nなまし値を算出し、
最後の前記第jなまし処理で算出した第jなまし値を、前記なまし目標値として算出する
ことを特徴とするフィードフォワード制御装置。
The feedforward control device according to claim 4,
The annealing processing means is:
At each arithmetic timing, j-th smoothing is performed from the first smoothing to j-th (j is a natural number of 2 or more) smoothing, and the nth smoothing value is sequentially performed for each round of smoothing. Configured to calculate (n = 1 to j),
In the first first smoothing process, the target value acquired at the current calculation timing and the first smoothed value calculated in the first smoothing process at the previous calculation timing are weighted and added. Calculating the first annealing value;
In the second and subsequent n-th annealing processes, the n-1th annealing value calculated in the (n-1) -th annealing process, which is the (n-1) -th annealing process, and the previous calculation timing, respectively. Calculating the nth smoothing value by weighting and adding the nth smoothing value calculated in the nth smoothing process;
The feedforward control apparatus, wherein the jth smoothing value calculated in the last jth smoothing process is calculated as the smoothing target value.
請求項2〜請求項5の何れか1項に記載のフィードフォワード制御装置であって、
前記微分手段は、前記なまし目標値をm階微分(mは2以上の自然数)し、各階の微分値をそれぞれ前記目標値微分値として算出する
ことを特徴とするフィードフォワード制御装置。
The feedforward control device according to any one of claims 2 to 5,
The feedforward control device, wherein the differentiating means performs m-th order differentiation (m is a natural number of 2 or more) of the smoothing target value, and calculates a differential value of each floor as the target value differential value.
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