JP2013200780A - Control method and control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィードバック制御により制御対象を制御する機能を備えた制御装置、およびその制御装置で用いられる制御方法に関する。 The present invention relates to a control device having a function of controlling a control object by feedback control, and a control method used in the control device.
従来、フィードバック制御により制御対象を制御する制御方法として、制御対象をモデル化して状態フィードバックにより制御入力(操作量)を算出し、その算出した制御入力に応じた操作を制御対象に加えることにより制御対象を制御する、モデルベースのフィードバック制御が知られている(例えば、特許文献1参照。)。また、このフィードバック制御にフィードフォワード制御を組み合わせた制御方法も知られている(例えば、特許文献2参照。)。 Conventionally, as a control method for controlling a control target by feedback control, control is performed by modeling the control target, calculating a control input (operation amount) by state feedback, and adding an operation according to the calculated control input to the control target. Model-based feedback control for controlling an object is known (for example, see Patent Document 1). A control method in which feedforward control is combined with this feedback control is also known (see, for example, Patent Document 2).
このような従来のフィードバック制御では、制御に用いるフィードバックゲインは予め設計された固定値を用いるのが一般的である。しかし、モデルベース設計であるが故に、モデル化誤差が生じると制御性が不安定となり、これにより制御出力のハンチングが生じてしまう。 In such conventional feedback control, a fixed value designed in advance is generally used as the feedback gain used for the control. However, because of the model-based design, if a modeling error occurs, the controllability becomes unstable, which causes hunting of the control output.
なお、モデル化誤差とは、制御対象のばらつきや経年変化などの種々の要因で、制御対象モデルの入出力関係が設計時に想定したモデルから変動することである。例えば車両のエンジンにおいて、排出ガスの空燃比をセンサで検出してその空燃比が目標空燃比に追従するように燃料噴射量を制御するような制御システムでは、モデル化誤差の要因として、センサやアクチュエータ(燃料噴射装置)、エンジン等の経年変化(劣化も含む)、ばらつき、運転条件の差異などが考えられる。 The modeling error means that the input / output relationship of the control target model fluctuates from the model assumed at the time of design due to various factors such as variations in the control target and aging. For example, in a control system that detects the air-fuel ratio of exhaust gas with a sensor and controls the fuel injection amount so that the air-fuel ratio follows the target air-fuel ratio in a vehicle engine, a sensor or It is conceivable that the actuator (fuel injection device), the engine, etc., change over time (including deterioration), variation, and difference in operating conditions.
これに対し、特許文献1には、運転条件毎にフィードバックゲインを持つことが記載されている。また、特許文献2には、フィードバックゲインを用いて算出されたフィードバック操作量に対して変動要素を考慮した補正を行うことが記載されている。
On the other hand,
しかし、特許文献1に記載の技術は、モデル化誤差への対応を行うものではないため、ハンチングに対する抑制効果は望み難い。特許文献2に記載の技術は、モデル化誤差への対応としては限定的な手法であり、モデル化誤差への対応(ハンチング抑制)を十分に行うことはできない。
However, since the technique described in
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、制御対象の個々の現状に合った適切なフィードバックゲインにてフィードバック制御を行うことにより、制御出力のハンチングを効果的に抑制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 is capable of effectively suppressing hunting of a control output by performing feedback control with an appropriate feedback gain suitable for each current state of a control target. Objective.
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、制御対象を模擬した制御対象モデルを用いてその制御対象の制御出力が目標値に追従するようにその制御対象へ入力する操作量を状態フィードバック制御する制御方法であって、制御対象モデルに状態フィードバック制御則を適用した閉ループ制御モデルの極を設定して、その設定した極と制御対象モデルのモデルパラメータとを用いてフィードバックゲインを演算し、目標値と制御出力とからその両者の差分を示す制御偏差を演算して、その制御偏差に基づき、フィードバックゲインを用いた状態フィードバック制御則によって、操作量としてのフィードバック操作量を演算する。そして、制御出力のハンチングを検出した場合には、フィードバックゲインが小さくなる方向に極を再設定する。
The invention according to
本発明の制御方法によれば、制御対象のモデル化誤差に起因して制御出力のハンチングが生じた場合、極が再設定されることによりフィードバックゲインが小さくなり、制御系をより安定化させることができる。そのため、制御対象の個々の現状に合った(モデル化誤差等が考慮された)適切なフィードバックゲインにてフィードバック制御を行うことができ、制御出力のハンチングを効果的に抑制することができる。 According to the control method of the present invention, when hunting of the control output occurs due to modeling error of the control target, the feedback gain is reduced by resetting the pole, and the control system is further stabilized. Can do. Therefore, feedback control can be performed with an appropriate feedback gain that matches the current status of each control target (considering a modeling error or the like), and control output hunting can be effectively suppressed.
請求項2に記載の発明は、制御対象を模擬した制御対象モデルを用いてその制御対象の制御出力が目標値に追従するようにその制御対象へ入力する操作量を状態フィードバック制御する制御装置であって、制御対象モデルに状態フィードバック制御則を適用した閉ループ制御モデルの極を、所定の安定条件を満たす範囲内の値に設定する極設定手段と、その極設定手段により設定された極と制御対象モデルのモデルパラメータとを用いてフィードバックゲインを演算するフィードバックゲイン演算手段と、目標値と制御出力とからその両者の差分を示す制御偏差を演算し、その制御偏差に基づき、フィードバックゲイン演算手段により演算されたフィードバックゲインを用いた状態フィードバック制御則によって、操作量としてのフィードバック操作量を演算するフィードバック操作量演算手段と、制御出力のハンチングを検出するハンチング検出手段と、を備える。そして、極設定手段は、ハンチング検出手段によりハンチングが検出された場合は、フィードバックゲインが小さくなる方向に極を再設定する。
The invention according to
このように構成された制御装置によれば、上述した本発明の制御方法が実現される。即ち、上述した本発明の制御方法によって極の設定、フィードバックゲインの算出が行われ、且つ、ハンチングが検出された場合には極の再設定がなされる。そのため、上述した本発明の制御方法と同様の作用効果が得られる。 According to the control device configured as described above, the above-described control method of the present invention is realized. That is, pole setting and feedback gain calculation are performed by the above-described control method of the present invention, and pole resetting is performed when hunting is detected. Therefore, the same effect as the control method of the present invention described above can be obtained.
ハンチング検出時に極を再設定する具体的方法は種々考えられるが、閉ループ制御モデルが離散時間系制御モデルで表される場合は、請求項3に記載のように極の再設定を行うようにするとよい。 Various specific methods for resetting the pole when hunting is detected can be considered. However, when the closed-loop control model is represented by a discrete-time control model, the pole is reset as described in claim 3. Good.
即ち、極設定手段は、絶対値が1未満となる範囲内で極を設定する。そして、ハンチング検出手段によりハンチングが検出された場合は、極を、現在設定している値よりもその絶対値が1に近付くように再設定する。このようにしてハンチング検出時に極の再設定を行うことで、ハンチングの抑制を適切且つ確実に行うことができる。 In other words, the pole setting means sets the pole within a range where the absolute value is less than 1. Then, when hunting is detected by the hunting detection means, the pole is reset so that its absolute value is closer to 1 than the currently set value. Thus, by resetting the poles when hunting is detected, hunting can be suppressed appropriately and reliably.
請求項4に記載の発明は、請求項2又は請求項3に記載の制御装置であって、ハンチング検出手段によりハンチングが検出されない状態が所定時間継続したか否かを判断するハンチング無検出継続判断手段を備える。そして、極設定手段は、ハンチング無検出継続判断手段によりハンチングが所定時間継続して検出されていないと判断された場合は、フィードバックゲインが大きくなる方向に極を再設定する。
Invention of Claim 4 is the control apparatus of
即ち、ハンチングが検出された場合にはフィードバックゲインが小さくなる方向に極の再設定を行う一方で、ハンチングの無検出状態が所定時間継続した場合には、逆にフィードバックゲインが大きくなる方向に極の再設定を行う。 That is, when hunting is detected, the pole is reset in the direction in which the feedback gain decreases, while when no hunting is detected for a predetermined time, the pole is increased in the direction in which the feedback gain increases. Reset the settings.
このように、ハンチングの検出状態に応じて極の再設定を行うことによりフィードバックゲインを増減させることで、制御対象の現状に合ったより適切なフィードバックゲインにて制御対象を制御することができ、ハンチングの効果的な抑制と制御応答性の向上とを両立させることができる。 In this way, by increasing or decreasing the feedback gain by resetting the pole according to the detection state of hunting, the controlled object can be controlled with a more appropriate feedback gain that matches the current state of the controlled object. It is possible to achieve both effective suppression of control and improvement of control responsiveness.
請求項5に記載の発明は、請求項2〜請求項4の何れか1項に記載の制御装置であって、目標値に対し、予め設定されたなまし係数を用い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、上記なまし処理における、目標値をなます程度を決定付ける上記なまし係数を設定するなまし係数設定手段と、なまし処理手段により算出されたなまし目標値に基づいて、操作量としてのフィードフォワード操作量を演算するフィードフォワード操作量演算手段と、そのフィードフォワード操作量演算手段により演算されたフィードフォワード操作量とフィードバック操作量演算手段により演算されたフィードバック操作量とを加算することにより、制御対象へ入力する操作量を演算する入力操作量演算手段と、を備える。そして、なまし係数設定手段は、ハンチング検出手段によりハンチングが検出された場合は、なまし係数を、現在設定している値よりも所定量大きい値に再設定する。 A fifth aspect of the present invention is the control device according to any one of the second to fourth aspects, wherein the target value is subjected to a smoothing process using a preset smoothing coefficient. The smoothing processing means for calculating the smoothed target value by smoothing the target value, and the smoothing coefficient setting for setting the smoothing coefficient that determines the degree of smoothing of the target value in the smoothing process Means, a feedforward manipulated variable computing means for computing a feedforward manipulated variable as an manipulated variable based on the smoothing target value calculated by the anneal processing means, and a feed computed by the feedforward manipulated variable computing means By adding the forward manipulated variable and the feedback manipulated variable calculated by the feedback manipulated variable calculating means, the input manipulated variable calculation for calculating the manipulated variable input to the control target is performed. And means, the. Then, when the hunting is detected by the hunting detection means, the annealing coefficient setting means resets the annealing coefficient to a value larger by a predetermined amount than the currently set value.
即ち、フィードフォワード操作量の演算では、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。なまし処理とは、目標値の変化を制限すること、即ち、実際の目標値の変化量よりも実質目標値の変化量が小さくなるようにその実質目標値の変化量に制限を設ける処理である。換言すれば、実際の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。 That is, in the calculation of the feedforward manipulated variable, the 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”). The annealing process is a process of limiting the change of the target value, that is, a process of limiting the change amount of the actual target value so that the change amount of the actual target value is smaller than the actual change amount of the target value. is there. In other words, it can be said that this is a process of smoothing a change in the actual target value and setting the smoothed target value as a real target value (an annealed target value).
このように構成された制御装置では、フィードバック操作量とフィードフォワード操作量が加算されることで操作量が演算される。つまり、フィードバック制御とフィードフォワード制御を備えた制御系が構築されている。そして、フィードフォワード操作量は、目標値に基づいて算出されるものであるが、目標値をそのまま用いるのではなく、目標値をなまし処理したなまし目標値を用いて算出される。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)フィードフォワード操作量が大きく変化するのが抑えられる。 In the control device configured as described above, the operation amount is calculated by adding the feedback operation amount and the feedforward operation amount. That is, a control system including feedback control and feedforward control is constructed. The feedforward manipulated variable is calculated based on the target value. However, the target value is not used as it is, but is calculated using the smoothed target value obtained by subjecting the target value to the smoothing process. Therefore, even if the change of the target value is large (stepwise change), it is possible to suppress the feedforward manipulated variable from changing greatly.
そして、なましの程度を決定付けるなまし係数を、ハンチングが検出された場合には大きい値に設定する。つまり、ハンチング検出時には目標値をより大きくなまして、目標値の変動を抑えるのである。そのため、フィードバック制御とフィードフォワード制御の双方を備えた制御系において、ハンチングを効果的に抑制することができる。 Then, the annealing coefficient that determines the degree of annealing is set to a large value when hunting is detected. In other words, when hunting is detected, the target value is increased to suppress the fluctuation of the target value. Therefore, hunting can be effectively suppressed in a control system having both feedback control and feedforward control.
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の制御装置であって、ハンチング検出手段によりハンチングが検出されない状態が所定時間継続したか否かを判断するハンチング無検出継続判断手段を備え、なまし係数設定手段は、ハンチング無検出継続判断手段によりハンチングが所定時間継続して検出されていないと判断された場合は、なまし係数を、現在設定している値よりも所定量小さい値に再設定する。
The invention according to claim 6 is the control device according to
このように、ハンチングの検出状態に応じてなまし係数の再設定を行うことにより目標値のなましの程度を増減させることで、制御対象の現状に合ったより適切なフィードフォワード操作量にて制御対象を制御することができ、ハンチングの効果的な抑制と制御出力の目標値への追従性向上とを両立させることができる。 In this way, by adjusting the degree of smoothing of the target value by resetting the smoothing coefficient according to the detection state of hunting, control with a more appropriate feedforward operation amount that matches the current status of the control target The target can be controlled, and effective suppression of hunting and improvement in follow-up of the control output to the target value can both be achieved.
請求項7に記載の発明は、請求項5又は請求項6に記載の制御装置であって、フィードバック操作量演算手段は、なまし処理手段により算出されたなまし目標値と制御出力とから制御偏差を演算し、その制御偏差に基づいてフィードバック操作量を演算する。
The invention according to claim 7 is the control device according to
つまり、フィードバック操作量を演算する際(詳しくは制御偏差を演算する際)にもなまし目標値を用いるのであり、これにより、目標値が大きく変動しても制御出力を安定的に目標値に追従させることができる。 In other words, the smoothed target value is also used when calculating the feedback manipulated variable (specifically when calculating the control deviation), so that the control output can be stably set to the target value even if the target value fluctuates greatly. Can be followed.
請求項8に記載の発明は、請求項5〜請求項7の何れか1項に記載の制御装置であって、極に対してその絶対値の上限値を示す極上限値が予め設定されていると共に、なまし係数に対してもその上限値を示すなまし係数上限値が予め設定されている。また、極が極上限値に到達したか否かを判断する極上限判断手段と、なまし係数がなまし係数上限値に到達したか否かを判断するなまし係数上限判断手段と、を備える。そして、入力操作量演算手段は、極上限判断手段およびなまし係数上限判断手段のうち少なくとも何れか一方にて、対応する上限値に到達したと判断された場合は、少なくともフィードバック操作量を用いない、所定の異常時演算方法にて、操作量を演算する。
The invention according to claim 8 is the control device according to any one of
ハンチング検出によって極の再設定及びなまし係数の再設定が行われた結果、何れか一方でも、対応する上限値に達したということは、制御系の何らかの異常が考えられる。そこで、そのような場合はフィードバック制御を中止し、例えばフィードフォワード操作量を用いた操作量にて制御対象を制御するなどの対応をすることで、上限到達後も必要最小限の制御は行えるようにすることができる。 As a result of the resetting of the poles and the resetting of the smoothing coefficient by hunting detection, the fact that the corresponding upper limit value has been reached in any one of the cases may indicate some abnormality in the control system. Therefore, in such a case, the feedback control is stopped, and for example, the control target is controlled by the operation amount using the feedforward operation amount, so that the necessary minimum control can be performed even after reaching the upper limit. Can be.
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
(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
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
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
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
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
(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)λとに基づき(詳しくは実空燃比λの逆数1/λ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
本実施形態の空燃比制御システムにおいて、フィードフォワード制御では、目標値rと制御対象モデルのモデルパラメータとに基づいて、フィードフォワード操作量、即ち制御則におけるフィードフォワード項(以下「FF項」という)uffを演算する。また、フィードバック制御では、制御対象モデルに状態フィードバック制御則を適用した閉ループ制御モデルを設定して、目標値rと制御量(制御出力)yとの差分に基づく状態フィードバックによりフィードバックゲイン(以下「FBゲイン」と称する)を算出し、そのFBゲインを用いて、制御量yが目標値rに追従するように、フィードバック操作量、即ち制御則におけるフィードバック項(以下「FB項」という)ufbを演算する。フィードフォワード制御及びフィードバック制御のいずれも、制御対象を模擬した制御対象モデル(インジェクタ27から空燃比センサ39までのプラントモデル)を用いたいわゆるモデルベース制御である。そして、これらFF項uffとFB項ufbを加算したものに更に操作量補正値を加えることで、最終的に制御対象へ入力すべき操作量を演算する。
In the air-fuel ratio control system of this embodiment, in feedforward control, based on the target value r and the model parameter of the model to be controlled, the feedforward manipulated variable, that is, the feedforward term in the control law (hereinafter referred to as “FF term”). u ff is calculated. In feedback control, a closed-loop control model in which a state feedback control law is applied to a controlled object model is set, and feedback gain (hereinafter referred to as “FB”) is set by state feedback based on a difference between a target value r and a controlled variable (control output) y. The feedback manipulated variable, that is, a feedback term (hereinafter referred to as “FB term”) u fb in the control law is calculated so that the controlled variable y follows the target value r using the FB gain. Calculate. Both the feedforward control and the feedback control are so-called model-based controls using a control target model (a plant model from the
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項uffおよびFB項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 cycle, and the FF term u ff and the FB term u fb are calculated based on them. These are used to calculate the manipulated variable ufinal that is finally input to the plant. Then, a fuel injection command corresponding to the calculated operation amount ufinal is input to the
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
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項uff(i)を算出するFF項演算部62と、なまし目標値rfilt(i)に基づいてFB項ufbを算出するFB項演算部63と、操作量補正値uother(i)を算出する他補正演算部64と、FF項uff(i),FB項ufb(i)および操作量補正値uother(i)の三者を加算することで操作量ufinal(i)を算出する操作量演算部65と、制御対象モデルのモデルパラメータa1,b1,b2及びむだ時間dを設定するモデルパラメータ設定部75と、目標値なまし処理部61におけるなまし処理で用いられるなまし係数α(i)を設定するなまし係数設定部76と、FB項演算部63におけるFBゲインの算出に用いられる極αFB(i)を設定する極設定部77と、制御量y(i)のハンチングを検出するハンチング検出部78と、を備えた構成となっている。そして、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インジェクタ27により実行され、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). The target value smoothing
なお、プラントから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。即ち、本実施形態の空燃比制御システムは、演算タイミング毎に各種演算を行うデジタル(離散時間系)の制御システムとして構成されている。
Note that the control output actually obtained from the plant is the air-fuel ratio λ that is the measured value of the air-
インジェクタ27から空燃比センサ39までの制御対象を模擬する制御対象モデルの離散時間系伝達関数H(z)は、次式(1)のように表すことができる。
A discrete-time transfer function H (z) of a control target model that simulates a control target from the
上記式(1)において、a1,b1,b2は、制御モデルのモデルパラメータを表し、dはむだ時間を表す。
このような制御対象モデルで表される制御対象を制御するために、本実施形態では、目標値r及びモデルパラメータa1,b1,b2を用いてFF項uff(i)を演算すると共に、状態フィードバック制御則によりFB項ufb(i)を演算する。
In the above equation (1), a 1 , b 1 , and b 2 represent model parameters of the control model, and d represents a dead time.
In order to control the control target represented by such a control target model, in the present embodiment, the FF term u ff (i) is calculated using the target value r and the model parameters a 1 , b 1 , b 2. At the same time, the FB term u fb (i) is calculated according to the state feedback control law.
モデルパラメータa1,b1,b2は、モデルパラメータ設定部75により設定される。本実施形態では、制御対象モデルに基づいて予めモデルパラメータa1,b1,b2が設定されており、これらがFF項uff(i)およびFB項ufb(i)の演算に使用される。
The model parameters a 1 , b 1 , b 2 are set by the model
また、モデルパラメータ設定部75には、むだ時間dも設定されている。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目標値r(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Lがあるため、その時間差Lを考慮してむだ時間dを設定している。本実施形態のむだ時間dは、上記時間差L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。以下の説明では、一例として、むだ時間d=7である場合を例に挙げて説明する。
The model
なお、モデルパラメータa1,b1,b2は、所定周期(例えば上記演算周期)dtで動的に設定するようにしてもよい。具体的には、例えば、モデル時定数τと演算周期dtとを用いて、次式(2)〜(4)により算出するようにしてもよい。 Note that the model parameters a 1 , b 1 , and b 2 may be dynamically set at a predetermined cycle (for example, the calculation cycle) dt. Specifically, for example, it may be calculated by the following equations (2) to (4) using the model time constant τ and the calculation cycle dt.
なお、式(3)中のL1は、上記時間差L、むだ時間d、および演算周期dtを用いて、L1=L−d・dtで演算されるものである。モデルパラメータa1,b1,b2の動的設定のより具体的な方法については、既述の特許文献1,2に詳しく記載されているため、ここではその詳細説明を省略する。
Note that L1 in equation (3) is calculated by L1 = L−d · dt using the time difference L, the dead time d, and the calculation cycle dt. Since a more specific method for dynamically setting the model parameters a 1 , b 1 , and b 2 is described in detail in the
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。
The target value r (i) is generated by a target value generation function that the
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)の変化を平滑化する処理であり、その平滑化された値が、FF項uff(i)及びFB項ufb(i)の演算において用いられる目標値(なまし目標値)となる。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
具体的には、次式(5)〜式(7)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。 Specifically, the smoothing process is sequentially executed by j operations from the following formulas (5) to (7).
即ち、上記式(5)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)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)とをなまし係数α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 formula (5) is the first smoothing calculated in the first smoothing process at the target value r (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 value r 1 (i−1) with the smoothing coefficient α.
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(6)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(5)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)とをなまし係数α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, the second smoothing process according to the above equation (6) 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 equation (5) and the second smoothed value r 2 (i) calculated by the second smoothing process at the previous calculation timing. -1) is weighted and added by the smoothing coefficient α. 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)とをなまし係数α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(7)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 are weighted and added by the smoothing coefficient α to obtain the nth smoothed value r n ( i) is calculated. As a result, the j-th j-th annealing process is finally performed in equation (7), 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(8)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 equation (8). .
なまし係数αは、なましの強さ(重み)を決定するものであって、なまし係数設定部76によって0≦α<1の範囲内で設定されるものである。このなまし係数αが大きければ大きいほど、なましの効果が大きくなる。なお、なまし処理を行う回数jは適宜設定することができる。目標値なまし処理部61は、演算タイミング毎に、なまし係数設定部76で設定されているなまし係数αを取得し、そのなまし係数αを今回の演算タイミングでのなまし係数αとしてなまし処理に用いる。
The smoothing coefficient α determines the strength (weight) of the smoothing, and is set by the smoothing
FF項演算部62は、目標値なまし処理部61において今回の演算タイミングで算出されたなまし目標値rfilt(i)と前回の演算タイミングで算出されたなまし目標値rfilt(i−1)、及びモデルパラメータa1,b1,b2を用いて、次式(9)によりFF項uff(i)を算出する。
The FF
FB項演算部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項ufb(i)を算出するものであり、FB目標値算出部71と、FBゲイン算出部72と、偏差演算部73と、FB項算出部74とを備えている。
The FB
FB目標値算出部71は、むだ時間dだけ前の演算タイミングでのなまし目標値rfilt(i−d)およびむだ時間d+1だけ前の演算タイミングでのなまし目標値rfilt(i−d−1)と、モデルパラメータb1,b2と、むだ時間dとに基づいて、次式(10)により、FB目標値yr(i)を算出する。
The FB target
なお、FB項の算出に用いるFB目標値yr(i)を上記式(10)により算出するのはあくまでも一例であり、むだ時間dだけ前のなまし目標値rfilt(i−d)をそのままFB目標値yr(i)としてもよい。 Note that the calculation of the FB target value yr (i) used for calculating the FB term by the above equation (10) is merely an example, and the smoothing target value rfilt (id) that is just before the dead time d is used as the FB. The target value yr (i) may be used.
偏差演算部73は、次式(11)に示すように、FB目標値yr(i)と制御量y(i)との差分である制御偏差e(i)を演算する。
The
FB項算出部74は、状態フィードバック制御則に基づき、FBゲイン(本例ではF(1)〜F(9))を用いてFB項ufb(i)を算出する。
一般に、状態フィードバックのFBゲインF(1)〜F(9)を用いてFB項ufb(i)を算出する場合は、これらFBゲインF(1)〜F(9)を用いた多項式演算によりFB項ufb(i)を直接算出することが多く、本実施形態でもそのような方法により演算するようにしてもよい。しかし、上記方法では、FBゲインF(1)〜F(9)の変化によってFB項ufb(i)が一時的に乱れるおそれがある。
The FB
In general, when the FB term u fb (i) is calculated using the FB gains F (1) to F (9) of the state feedback, a polynomial operation using these FB gains F (1) to F (9) is performed. In many cases, the FB term u fb (i) is directly calculated, and in this embodiment, it may be calculated by such a method. However, in the above method, there is a possibility that the FB term u fb (i) may be temporarily disturbed by changes in the FB gains F (1) to F (9).
そこで本実施形態では、演算タイミング毎に、FB項ufb(i)の補正値であるFB項補正値Δufb(i)を算出する。そして、次式(12)に示すように、その算出したFB項補正値Δufb(i)を前回の演算タイミングで算出したFB項ufb(i−1)に加算することで、今回のFB項ufb(i)を算出する。 Therefore, in this embodiment, the FB term correction value Δu fb (i), which is the correction value of the FB term u fb (i), is calculated at each calculation timing. Then, as shown in the following equation (12), the calculated FB term correction value Δu fb (i) is added to the FB term u fb (i−1) calculated at the previous calculation timing, thereby obtaining the current FB. The term u fb (i) is calculated.
ここで、FB項補正値Δufb(i)は、次式(13)で表される状態フィードバック制御則により算出する。 Here, the FB term correction value Δu fb (i) is calculated by a state feedback control law expressed by the following equation (13).
上記式(13)において、Δe(i)は、次式(14)に示すように、今回の制御偏差e(i)と前回の制御偏差e(i−1)との差分であり、Δufb(i−n)(ただしn=1〜7)は、次式(15)〜(21)に示すように、n回前の演算タイミングで算出されたFB項ufb(i−n)とn+1回前の演算タイミングで算出されたFB項ufb(i−n−1)との差分である。 In the above equation (13), Δe (i) is the difference between the current control deviation e (i) and the previous control deviation e (i−1), as shown in the following equation (14), and Δu fb (I−n) (where n = 1 to 7), as shown in the following formulas (15) to (21), the FB term u fb (i−n) calculated at the calculation timing n times before and n + 1 This is the difference from the FB term u fb (i−n−1) calculated at the previous calculation timing.
上記式(13)を用いて状態フィードバック制御則によるFB項補正値Δufb(i)の演算を行うためには、FBゲインF(1)〜F(9)を算出する必要がある。そこで本実施形態では、FBゲイン算出部72が、FBゲインF(1)〜F(9)を算出する。
In order to calculate the FB term correction value Δu fb (i) by the state feedback control law using the above equation (13), it is necessary to calculate the FB gains F (1) to F (9). Therefore, in this embodiment, the FB
FBゲイン算出部72は、状態フィードバック制御における極配置法に基づいてFBゲインF(1)〜F(9)を算出するものである。具体的には、閉ループ制御モデルの極(閉ループ特性方程式の根)を設定し、その設定した極と、制御対象モデルのモデルパラメータa1,b1,b2とを用いて、FBゲインを算出する。
The FB
本実施形態では、閉ループ特性方程式を、次式(22)のように設定する。 In the present embodiment, the closed loop characteristic equation is set as in the following equation (22).
即ち、本実施形態の閉ループ制御モデルの極をαFBとし、この極αFBを適宜設定することで、閉ループ系の安定化を図る。一般に、離散時間系の制御モデルにおいては、極をz平面における単位円内に配置する(換言すれば極の絶対値を1未満にする)ことが安定条件であることや、極の絶対値を1に近付けるほどFBゲインが小さくなって安定性を向上させることができることが知られている。 That is, the pole of the closed-loop control model of the present embodiment is α FB , and the pole α FB is appropriately set to stabilize the closed-loop system. In general, in a discrete-time system control model, it is a stable condition that poles are arranged in a unit circle in the z plane (in other words, the absolute value of the pole is less than 1), or the absolute value of the pole is It is known that the closer to 1, the smaller the FB gain and the more the stability can be improved.
そこで本実施形態でも、極αFBを、その絶対値が1未満となるような範囲内で設定する。極αFBの設定は極設定部77が行うが、その詳細は後述する。
なお、式(22)の閉ループ特性方程式の左辺(即ち特性多項式)は、他の表現方法も可能であり、例えば次式(23)のように表すこともできる。
Therefore, also in this embodiment, the pole α FB is set within a range in which the absolute value is less than 1. The pole α FB is set by the
The left side of the closed-loop characteristic equation (ie, characteristic polynomial) in equation (22) can be expressed in other ways, for example, as shown in equation (23) below.
上記式(23)のように特性多項式を設定し、これに基づいてFBゲインを算出することは、特許文献1,2に詳しく記載されている。
本実施形態でも、上記式(23)のような特性多項式を用いて極を設定することも可能であるが、演算の簡素化のため、本実施形態では、上記式(22)の左辺のような特性多項式を設定し、これをもとに極αFBを設定する。
In this embodiment, it is also possible to set the poles using a characteristic polynomial such as the above equation (23). However, in the present embodiment, as shown on the left side of the above equation (22), in order to simplify the calculation. A characteristic polynomial is set and the pole α FB is set based on this characteristic polynomial.
そのため、極αFBを設定すれば、上記式(23)における特性多項式の係数A1,A2は次式(24),(25)のように求められる。 Therefore, if the pole α FB is set, the coefficients A1 and A2 of the characteristic polynomial in the above equation (23) can be obtained as the following equations (24) and (25).
そして、FBゲインF(1)〜F(9)は、これら係数A1,A2を用いて(即ち極αFBを用いて)、次式(26)〜(34)によりそれぞれ算出することができる。 The FB gains F (1) to F (9) can be calculated by the following equations (26) to (34) using these coefficients A1 and A2 (that is, using the pole α FB ).
FB項算出部74は、演算タイミング毎に、極設定部77で設定されている極αFBおよびモデルパラメータ設定部75で設定されているモデルパラメータa1,b1,b2を取得する。そして、その取得した極αFB及びモデルパラメータa1,b1,b2を用いて、上記式(24)〜(34)により、FBゲインF(1)〜F(9)を算出する。そして、その算出したFBゲインF(1)〜F(9)を用いて上記式(13)によりFB項補正値Δufb(i)を算出し、さらに式(12)を用いてFB項ufb(i)を算出するのである。
The FB
ハンチング検出部78は、演算タイミング毎に、制御量y(i)のハンチングの有無を判断し、その判断結果をなまし係数設定部76及び極設定部77に出力する。ハンチング検出の具体的方法については後で図3を用いて説明する。
The
なまし係数設定部76は、目標値なまし処理部61が目標値r(i)をなまし処理する際に用いるなまし係数αを設定する。具体的には、なまし係数αの初期値を0≦α<1の範囲内の適当な値(例えば0.5)に予め設定しておく。これにより、目標値なまし処理部61は、少なくとも制御開始時にはその初期値を用いてなまし処理を行う。
The smoothing
そして、ハンチング検出部78にてハンチングが検出される毎に、なまし係数αを、現在の値(前回演算タイミング時の値)から所定量CPαだけ増加させることで、なましの程度をより高めるようにしている。
Each time hunting is detected by the
また、なまし係数設定部76は、ハンチングが検出されない状態が所定時間継続したかどうかも判断し、ハンチングが検出されない状態が所定時間継続した場合には、なまし係数αを、現在の値から所定量CMαだけ減少させることで、なましの程度を低減するようにしている。
In addition, the annealing
極設定部77は、FBゲイン算出部72がFBゲインF(1)〜F(9)を算出する際に用いる極αFBを設定する。具体的には、まず極αFBの初期値を、1未満の所定の値(例えば0.9)に予め設定しておき、制御開始時にはその初期値を用いて制御を実行させる。
The
そして、ハンチング検出部78にてハンチングが検出される毎に、極αFBを、現在の値から所定量CpαFBだけ増加させて1に近づけることで、FBゲインを小さくさせ、これによりハンチングの抑制(制御出力の安定化)を図っている。
Each time hunting is detected by the
また、極設定部77は、ハンチングが検出されない状態が所定時間継続したかどうかも判断し、ハンチングが検出されない状態が所定時間継続した場合には、極αFBを、現在の値から所定量CMαFBだけ減少させることで、FBゲインを大きくして制御応答性を高めるようにしている。
The
なお、ハンチング検出時になまし係数αを増減させる量(CPα,CMα)や、極αFBを増減させる量(CPαFB,CMαFB)は、それぞれ個別に設定することができる。
他補正演算部64は、上記FF項uff(i)及びFB項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(i)を算出する。
The amount by which the smoothing coefficient α is increased or decreased when detecting hunting (C P α, C M α) and the amount by which the pole α FB is increased / decreased (C P α FB , C M α FB ) must be set individually. Can do.
The other
操作量演算部65は、FF項演算部62にて算出されたFF項uff(i)、FB項演算部63にて算出されたFB項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(i)を加算して、操作量ufinal(i)を算出する。
The manipulated
(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、目標値r(i)のなまし処理は2回行う場合(つまりj=2)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
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
S120では、制御対象モデルのモデルパラメータを読み出す。具体的には、予め設定されている各モデルパラメータa1,b1,b2およびむだ時間dを読み出す。これらは、既述の通り図2に示したモデルパラメータ設定部75により設定されるものである。
In S120, the model parameter of the control target model is read out. Specifically, each preset model parameter a 1 , b 1 , b 2 and dead time d are read. These are set by the model
S130では、空燃比センサ39の計測値である実空燃比λ(i)を読み出す。そしてS140にて、その読み出した実空燃比λ(i)の逆数を制御量y(i)とし、S150にて、ハンチング検出処理を行う。このハンチング検出処理は、図2に示したハンチング検出部78としての機能を実現する処理である。
In S130, the actual air-fuel ratio λ (i) that is a measured value of the air-
S150のハンチング検出処理の詳細は、図4に示す通りである。即ち、まずS310にて、制御量y(i)のハイパスフィルタ処理を行う。具体的には、次式(35)の演算を行うことにより、低周波成分が除去された制御量であるフィルタ処理制御量yHP(i)を算出する。 Details of the hunting detection process of S150 are as shown in FIG. That is, first, in S310, a high-pass filter process of the control amount y (i) is performed. Specifically, the filter processing control amount y HP (i), which is the control amount from which the low frequency component is removed, is calculated by performing the calculation of the following equation (35).
なお、このように制御量y(i)をハイパスフィルタ処理することは必須ではなく、制御量y(i)をそのまま用いてS320以降の処理を行ってもよい。しかし、ハンチングの誤検出を防止して検出精度を高めるためには、ハイパスフィルタ処理を行って不要な成分を除去するのが望ましい。 Note that it is not essential to perform the high-pass filter processing on the control amount y (i) as described above, and the processing after S320 may be performed using the control amount y (i) as it is. However, in order to prevent erroneous detection of hunting and improve detection accuracy, it is desirable to perform unnecessary high-pass filtering to remove unnecessary components.
ハイパスフィルタ処理後、S320にて、そのフィルタ処理制御量yHP(i)が正の第1閾値以上であるか否かを判断する。第1閾値は、ハンチング検出に対して要求される検出感度に応じて適宜設定することができ、本例では例えば0.005に設定されている。 After the high-pass filter process, it is determined in S320 whether or not the filter process control amount y HP (i) is equal to or greater than the positive first threshold value. The first threshold can be appropriately set according to the detection sensitivity required for hunting detection, and is set to 0.005, for example, in this example.
S320にてフィルタ処理制御量yHP(i)が第1閾値以上であると判断された場合は、S330で判定フラグsを1にセットして、S360に進む。
S320にてフィルタ処理制御量yHP(i)が第1閾値以上と判断されなかった場合は、S340にて、フィルタ処理制御量yHP(i)が負の第2閾値以下であるか否かを判断する。第2閾値も、ハンチング検出に対して要求される検出感度に応じて適宜設定することができ、本例では例えば−0.005に設定されている。
If it is determined in S320 that the filter processing control amount y HP (i) is greater than or equal to the first threshold, the determination flag s is set to 1 in S330, and the process proceeds to S360.
If the filter processing control amount y HP (i) is not determined to be greater than or equal to the first threshold value in S320, whether or not the filter processing control amount y HP (i) is equal to or less than the negative second threshold value in S340. Judging. The second threshold value can also be set as appropriate according to the detection sensitivity required for hunting detection, and is set to, for example, -0.005 in this example.
S340にてフィルタ処理制御量yHP(i)が第2閾値以下であると判断された場合は、S350で判定フラグsを0にセットして、S360に進む。S340にてフィルタ処理制御量yHP(i)が第2閾値以下と判断されなかった場合は、そのまま(つまり判定フラグは現状のままとして)S360に進む。 If it is determined in S340 that the filter processing control amount y HP (i) is less than or equal to the second threshold, the determination flag s is set to 0 in S350, and the process proceeds to S360. If it is not determined in S340 that the filter processing control amount y HP (i) is equal to or smaller than the second threshold value, the process proceeds to S360 as it is (that is, the determination flag remains as it is).
S360では、所定時間(例えば1秒)内における、判定フラグsの反転回数csを更新する。反転回数csは、初期値は0に設定されており、制御開始後、所定時間(本例では1秒)毎に0にクリアされるものである。そして、演算タイミング毎に、前回の演算タイミングにおいてS360に進んだときの判定フラグsと、今回の演算タイミングにおいてS360に進んだときの判定フラグsとを比較して、判定フラグが反転している場合には、反転回数csを1インクリメントする。そのため、1秒の間に、フィルタ処理制御量yHP(i)が第1閾値以上への増加と第2閾値以下への減少が繰り返されると、それに応じて反転回数csが増加していくことになる。 In S360, the number of inversions cs of the determination flag s within a predetermined time (for example, 1 second) is updated. The initial value of the number of inversions cs is set to 0, and is cleared to 0 every predetermined time (in this example, 1 second) after the start of control. At each calculation timing, the determination flag s when the process proceeds to S360 at the previous calculation timing is compared with the determination flag s when the process proceeds to S360 at the current calculation timing, and the determination flag is inverted. In this case, the inversion number cs is incremented by one. Therefore, if the filter processing control amount y HP (i) is repeatedly increased to the first threshold value or more and decreased to the second threshold value or less in one second, the inversion number cs increases accordingly. become.
そして、S370で、反転回数csが反転回数閾値以上であるか否かを判断する。この反転回数閾値も、ハンチング検出に対して要求される検出感度に応じて適宜設定することができ、本例では例えば2回に設定されている。 In S370, it is determined whether or not the number of inversions cs is equal to or greater than the inversion number threshold. This inversion number threshold value can also be set as appropriate according to the detection sensitivity required for hunting detection, and is set to, for example, twice in this example.
S370にて反転回数csが反転回数閾値以上であると判断された場合は、S380に進み、ハンチング有との判定、即ちハンチングが発生しているとの判定がなされる。一方、S370にて反転回数csが反転回数閾値以上と判断されなかった場合は、S390に進み、ハンチング無との判定、即ちハンチングは発生していないとの判定がなされる。 When it is determined in S370 that the number of inversions cs is equal to or greater than the inversion number threshold, the process proceeds to S380, where it is determined that hunting is present, that is, hunting is occurring. On the other hand, if it is not determined in S370 that the number of inversions cs is equal to or greater than the inversion number threshold, the process proceeds to S390, where it is determined that no hunting has occurred, that is, no hunting has occurred.
このようにしてハンチング検出処理(ハンチング有無の判断)を行った後は、S160(図3)に進み、ハンチングが検出されたか否か(即ちS150のハンチング検出処理にてハンチング有との判定がなされたか否か)を判断する。そして、ハンチングが検出された場合は、S170に進み、次式(36),(37)に示すように、なまし係数α及び極αFBをそれぞれ増加させて、S200に進む。つまり、なまし係数αについてはより大きくすることでなましの効果を高め、極αFBについては1に近づけることでFBゲインを小さくし、これによりハンチングの抑制を図るのである。 After performing the hunting detection process (determination of hunting presence / absence) in this way, the process proceeds to S160 (FIG. 3), and whether or not hunting is detected (that is, it is determined that hunting is present in the hunting detection process of S150). Whether or not). If hunting is detected, the process proceeds to S170, and the smoothing coefficient α and the pole α FB are increased as shown in the following equations (36) and (37), and the process proceeds to S200. That is, the smoothing effect α is increased to increase the smoothing effect, and the pole α FB is brought close to 1 to reduce the FB gain, thereby suppressing hunting.
一方、S160にてハンチングが検出されていないと判断された場合(即ちS150のハンチング検出処理にてハンチング無との判定がなされた場合)は、S180に進み、ハンチング無と判定されている状態が所定時間継続しているか否かを判断する。この所定時間も適宜設定することができる。 On the other hand, if it is determined in S160 that hunting has not been detected (that is, if it is determined that hunting is not detected in the hunting detection process in S150), the process proceeds to S180 and the state where hunting is not detected is determined. It is determined whether or not it continues for a predetermined time. This predetermined time can also be set as appropriate.
そして、ハンチング無と判定されている状態が所定時間継続していない間は、S240に進むが、ハンチング無と判定されている状態が所定時間継続した場合は、S190に進み、次式(38),(39)に示すように、なまし係数α及び極αFBをそれぞれ減少させて、S200に進む。つまり、なまし係数αについてはより小さくすることでなましの効果を低くし、極αFBについては1から遠ざける(0に近づける)ことでFBゲインを大きくし、これにより制御応答性を高めるのである。 Then, while the state determined as having no hunting continues for a predetermined time, the process proceeds to S240. However, when the state determined to have no hunting continues for a predetermined time, the process proceeds to S190, and the following equation (38) is satisfied. , (39), the annealing coefficient α and the pole α FB are respectively decreased, and the process proceeds to S200. In other words, the smoothing coefficient α is made smaller to reduce the effect of smoothing, and the pole α FB is moved away from 1 (closed to 0) to increase the FB gain, thereby improving the control response. is there.
このS180の判定は、詳しくは上記の所定時間毎に行われる。即ち、所定時間前の演算タイミングであるi−m回前の演算タイミングから、所定時間経過後の今回のi回目の演算タイミングまでの間に、継続してハンチング無と判定されている場合に、S180で肯定判定される。その後再び、今回のi回目の演算タイミングから、所定時間経過後のi+m回目の演算タイミングまでの期間において、継続してハンチング無と判定されているか否かを判断する。 More specifically, the determination in S180 is performed every predetermined time. That is, when it is determined that there is no hunting continuously from the calculation timing i−m times before the predetermined time to the current i-th calculation timing after the predetermined time has elapsed, A positive determination is made in S180. Thereafter, it is determined again whether or not it is determined that there is no hunting in the period from the current i-th calculation timing to the i + m-th calculation timing after a predetermined time has elapsed.
或いは、ハンチング無との判定が所定時間継続した以後、ハンチング有と判定されるまでは、演算タイミング毎にS180で肯定判定してS190の処理を行うようにしてもよい。 Alternatively, after the determination that there is no hunting continues for a predetermined time, until it is determined that hunting is present, an affirmative determination may be made at S180 for each calculation timing, and the process of S190 may be performed.
S200では、S170で増加されたか又はS190で減少されたなまし係数α及び極αFBについて、ガード処理を行う。即ち、なまし係数αについては、次式(40)に示すようななまし係数下限値Minα〜なまし係数上限値Maxαの範囲内にあるか否かを判断する。 In S200, a guard process is performed on the annealing coefficient α and the pole α FB that have been increased in S170 or decreased in S190. That is, it is determined whether or not the smoothing coefficient α is within the range of the smoothing coefficient lower limit value Minα to the smoothing coefficient upper limit value Maxα as shown in the following equation (40).
そして、なまし係数下限値Minαより小さくなっている場合には、なまし係数αをそのなまし係数下限値Minαに設定し、逆になまし係数上限値Maxαより大きくなっている場合には、なまし係数αをそのなまし係数上限値Maxαに設定する。 If the smoothing coefficient lower limit value Minα is smaller than the smoothing coefficient lower limit value Minα, the smoothing coefficient lower limit value Minα is set. Conversely, if the smoothing coefficient lower limit value Maxα is larger than the smoothing coefficient lower limit value Maxα, The smoothing coefficient α is set to the smoothing coefficient upper limit value Maxα.
同様に、極αFBについても、次式(41)に示すような極下限値MinαFB〜極上限値MaxαFBの範囲内にあるか否かを判断する。 Similarly, the pole alpha FB, determines whether within the scope of the pole lower limit Minα FB ~ pole upper limit Maxarufa FB as shown in the following equation (41).
そして、極下限値MinαFBより小さくなっている場合には、極αFBをその極下限値MinαFBに設定し、逆に極上限値MaxαFBより大きくなっている場合には、極αFBをその極上限値MaxαFBに設定する。 If it is smaller than the lower limit value Minα FB , the pole α FB is set to the lower limit value Minα FB , and conversely if it is larger than the upper limit value Maxα FB , the pole α FB is set to The maximum value Maxα FB is set.
S200によるガード処理後、S210にて、なまし係数αおよび極αFBのうち何れか一方でも上限値に達しているか否かを判断する。即ち、なまし係数αについてはなまし係数上限値Maxαに設定されているか否か、極αFBについては極上限値MaxαFBに設定されているか否かを判断する。 After the guard process in S200, it is determined in S210 whether any one of the smoothing coefficient α and the pole α FB has reached the upper limit value. That is, it is determined whether or not the annealing coefficient α is set to the annealing coefficient upper limit value Maxα and whether or not the pole α FB is set to the pole upper limit value Maxα FB .
そして、何れか一方でも上限値に設定されている場合には、S220にて、燃料系が異常である旨(即ち空燃比制御システムに何らかの異常が生じている旨)の判定を行い、例えば車両のドライバーに対して退避走行を促すなどの所定の異常時処理を行う。そして、続くS230にて、当該空燃比制御システムにおいてフィードバック制御を禁止する。即ち、FB項ufb(i)を用いない所定の異常時演算方法(例えばFF項uff(i)と操作量補正値uother(i)とを加算したものを操作量ufinal(i)とする演算方法等)によって、操作量ufinal(i)を演算する。これにより、異常時においても退避走行を可能としつつ、ドライバーに対して異常の早期認識及び異常に対する適切且つ迅速な対応を促すようにしている。 If either of them is set to the upper limit value, it is determined in S220 that the fuel system is abnormal (that is, some abnormality has occurred in the air-fuel ratio control system), for example, the vehicle Predetermined abnormality processing such as urging the driver to evacuate. In subsequent S230, feedback control is prohibited in the air-fuel ratio control system. That is, a predetermined abnormality time calculation method that does not use the FB term u fb (i) (for example, a sum of the FF term u ff (i) and the operation amount correction value uother (i) is defined as an operation amount ufinal (i). The operation amount ufinal (i) is calculated by a calculation method or the like. Accordingly, the driver can evacuate even in the event of an abnormality while prompting the driver to recognize the abnormality early and respond appropriately and promptly.
一方、S210にて、なまし係数α及び極αFBのいずれも上限値に設定されていない場合は、S240に進む。S240では、目標値r(i)のなまし処理を行う。具体的には、次式(42),(43)により2回のなまし処理を行う。 On the other hand, if neither the smoothing coefficient α nor the pole α FB is set to the upper limit value in S210, the process proceeds to S240. In S240, the target value r (i) is smoothed. Specifically, the annealing process is performed twice by the following equations (42) and (43).
そして、その2回のなまし処理の結果を、次式(44)に示すように、なまし目標値rfilt(i)として算出する。 Then, the result of the two annealing processes is calculated as an annealing target value rfilt (i) as shown in the following equation (44).
目標値r(i)のなまし処理後、S250にて、FF項uff(i)を算出する。具体的には、既述の式(9)により算出する。
FF項uff(i)を算出した後は、S260にて、FB項算出処理を実行する。S260のFB項算出処理の詳細は、図5に示す通りである。即ち、まずS410にて、FB目標値yr(i)を算出する。具体的には、既述の式(10)により算出する。
After the target value r (i) is annealed, the FF term u ff (i) is calculated in S250. Specifically, it is calculated by the above-described equation (9).
After calculating the FF term u ff (i), an FB term calculation process is executed in S260. Details of the FB term calculation processing in S260 are as shown in FIG. That is, first, in S410, the FB target value yr (i) is calculated. Specifically, it is calculated by the above-described equation (10).
S420では、FBゲインF(1)〜F(9)を算出する。具体的には、現在設定されている極αFBを用いて、既述の式(24),(25)により特性多項式の係数A1,A2を算出する。そして、式(26)〜(34)を用いて、FBゲインF(1)〜F(9)をそれぞれ算出する。 In S420, FB gains F (1) to F (9) are calculated. Specifically, the coefficients A1 and A2 of the characteristic polynomial are calculated by the above-described equations (24) and (25) using the currently set pole α FB . Then, the FB gains F (1) to F (9) are calculated using the equations (26) to (34), respectively.
S430では、FB項ufb(i)の算出(詳しくはFB項補正値Δufb(i)の算出)に用いる各変数e(i),Δe(i),Δufb(i−n)をそれぞれ、既述の式(11),式(14)〜(21)を用いて算出する。 In S430, each variable e (i), Δe (i), Δu fb (in) used for calculation of the FB term u fb (i) (specifically, calculation of the FB term correction value Δu fb (i)) is set. The calculation is performed using the above-described equations (11) and (14) to (21).
そして、S440にて、それら算出した各変数を用いて、既述の式(13)によりFB項補正値Δufb(i)を算出し、さらにそのFB項補正値Δufb(i)を用いて、既述の式(12)によりFB項ufb(i)を算出する。このようにしてFB項ufb(i)を算出した後は、S270(図3)に進み、操作量補正値uother(i)を算出する。 In S440, the FB term correction value Δu fb (i) is calculated by the above-described equation (13) using the calculated variables, and the FB term correction value Δu fb (i) is further used. Then, the FB term u fb (i) is calculated by the above-described equation (12). After calculating the FB term u fb (i) in this way, the process proceeds to S270 (FIG. 3), and an operation amount correction value uother (i) is calculated.
そして、S280にて、次式(45)により操作量ufinal(i)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。
In S280, the operation amount ufinal (i) is calculated by the following equation (45), and the
(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、制御対象のモデル化誤差に起因して制御量y(i)のハンチングが生じた場合、極αFBが再設定されることによりFBゲインF(1)〜F(9)が小さくなり、FB項ufbの変動が緩やかになる。これにより、制御系をより安定化させることができる。そのため、制御対象の個々の現状に合った(モデル化誤差等が考慮された)適切なFBゲインにてフィードバック制御を行うことができ、制御量y(i)のハンチングを効果的に抑制することができる。
(4) Effects of Embodiment, etc. According to the
また、極αFBの設定は、安定条件範囲内(0≦αFB<1)で予め初期値を設定してそれを用い、ハンチングが検出される度に、現在の極αFBに所定量CPαFB加算することで、極αFBを1に近づけるようにしている。ハンチングに対する極αFBの再設定をこのように行うことで、簡素な構成ながらハンチングの抑制を適切且つ確実に行うことができる。 The pole α FB is set within the stability condition range (0 ≦ α FB <1) in advance, and is used. Whenever hunting is detected, a predetermined amount C is added to the current pole α FB. By adding P α FB , the pole α FB is made closer to 1. By re-setting the pole α FB for hunting in this way, hunting can be appropriately and reliably suppressed with a simple configuration.
また、極αFBの再設定は、ハンチングが検出される度に所定量増加させるだけでなく、ハンチングが検出されない状態が所定時間継続した場合には所定量CMPαFBだけ減算するようにしている。即ち、ハンチングが検出された場合にはFBゲインが小さくなる方向に極αFBの再設定を行う一方で、ハンチングの無検出状態が所定時間継続した場合には、逆にFBゲインが大きくなる方向に極αFBの再設定を行うのである。 In addition, the resetting of the pole α FB is not only increased by a predetermined amount every time hunting is detected, but is also subtracted by a predetermined amount C MP α FB when hunting is not detected for a predetermined time. Yes. That is, when hunting is detected, the pole α FB is reset in such a direction that the FB gain decreases. On the other hand, if hunting is not detected for a predetermined time, the FB gain increases. In this case, the pole α FB is reset.
このように、ハンチングの検出状態に応じて極αFBを増減してFBゲインを増減させることで、制御対象の現状に合ったより適切なフィードバックゲインにて制御対象を制御することができ、ハンチングの効果的な抑制と制御応答性の向上とを両立させることができる。 In this way, by increasing / decreasing the FB gain by increasing / decreasing the pole α FB according to the detection state of hunting, the controlled object can be controlled with a more appropriate feedback gain that matches the current state of the controlled object. It is possible to achieve both effective suppression and improvement in control responsiveness.
また、本実施形態では、フィードバック制御に目標値r(i)をそのまま用いず、目標値r(i)をなまし処理したなまし目標値rfilt(i)を用いてフィードバック制御を行うようにしている。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)、フィードバック制御に用いる目標値の変動を抑えることができ、これによりFB項ufb(i)の変動も抑えることができ、ひいては制御量y(i)の変動を抑えることができる。つまり、目標値としてなまし目標値rfilt(i)を用いることで、ハンチングの抑制効果が得られる。 In the present embodiment, the target value r (i) is not used as it is for the feedback control, and the feedback control is performed using the smoothed target value rfilt (i) obtained by smoothing the target value r (i). Yes. Therefore, even if the change of the target value r (i) is large (stepwise change), the fluctuation of the target value used for the feedback control can be suppressed, and the fluctuation of the FB term u fb (i) is thereby also reduced. As a result, fluctuations in the control amount y (i) can be suppressed. That is, by using the smoothed target value rfilt (i) as the target value, the effect of suppressing hunting can be obtained.
また、本実施形態では、フィードバック制御だけでなくフィードフォワード制御も組み合わせた制御システムにて空燃比制御を行っている。そして、そのフィードフォワード制御においても、なまし目標値rfilt(i)を用いてFF項uff(i)を算出している。そのため、FF項uff(i)についても、目標値r(i)の変化が大きくてもその変動を抑えることができ、その分、ハンチングを抑制することができる。 In this embodiment, air-fuel ratio control is performed by a control system that combines not only feedback control but also feedforward control. In the feedforward control, the FF term u ff (i) is calculated using the smoothing target value rfilt (i). Therefore, even for the FF term u ff (i), even if the change in the target value r (i) is large, the fluctuation can be suppressed, and hunting can be suppressed accordingly.
また、目標値r(i)をなまし処理する際に用いるなまし係数αは、極αFBと同様、制御量y(i)のハンチング検出状態に応じて増減される。そのため、フィードバック制御とフィードフォワード制御の双方を備えた制御系において、ハンチングをより効果的に抑制することができる。 In addition, the smoothing coefficient α used when the target value r (i) is smoothed is increased or decreased according to the hunting detection state of the control amount y (i), similarly to the pole α FB . Therefore, hunting can be more effectively suppressed in a control system including both feedback control and feedforward control.
ここで、本実施形態の効果のうち、特になまし係数αおよび極αFBを再設定することによりハンチングを抑制できることの具体例について、図6、図7のシミュレーション結果を用いて説明する。なお、図6及び図7の例では、なまし係数αと極αFBを同じ初期値に設定し、ハンチング検出時の増加量も同じ値としている。 Here, among the effects of the present embodiment, a specific example in which hunting can be suppressed by resetting the smoothing coefficient α and the pole α FB will be described with reference to the simulation results of FIGS. 6 and 7. In the examples of FIGS. 6 and 7, the smoothing coefficient α and the pole α FB are set to the same initial value, and the increase amount at the time of detecting hunting is also set to the same value.
まず図6は、制御対象のモデル化誤差が生じた場合の挙動を示すものであり、図6(a)に示すように、制御対象において時刻6秒から15秒過ぎごろまでモデル化誤差を与える。目標値rは、図6(b)に示すように、所定周期でステップ的に変化させている。 First, FIG. 6 shows the behavior when a modeling error occurs in the controlled object. As shown in FIG. 6A, a modeling error is given from the time 6 seconds to about 15 seconds later in the controlled object. . As shown in FIG. 6B, the target value r is changed stepwise at a predetermined period.
モデル化誤差が生じていない間、及びモデル化誤差が小さい間は、図6(b)に示すように、制御量yは目標値r(FB目標値yr)に追従している。しかし、モデル化誤差が大きくなると、それに応じて図6(c)に示すように操作量ufinalが大きく変動するようになり、図6(b)に示すように制御量yも大きく変動するようになる。これにより、時刻15秒過ぎあたりでハンチングが検出される。
While no modeling error occurs and when the modeling error is small, as shown in FIG. 6B, the control amount y follows the target value r (FB target value yr). However, as the modeling error increases, the manipulated variable ufinal fluctuates greatly as shown in FIG. 6 (c), and the control variable y fluctuates greatly as shown in FIG. 6 (b). Become. Thereby, hunting is detected around the
ハンチングが検出されると、ハンチングが検出されなくなるまでの間は、図6(d)に示すように、演算タイミング毎に、なまし係数αおよび極αFBが所定量ずつ増加していく。これにより、目標値rのなましの程度が大きくなり、かつFBゲインF(1)〜F(9)が小さくなるため、図6(b),(c)に示すように、制御量yの変動および操作量ufinalの変動はいずれも小さくなっていく。このようになまし係数αおよび極αFBを大きくすることで、次の目標値変化時(21秒過ぎあたり)のハンチングは抑制されている。 When hunting is detected, the smoothing coefficient α and the pole α FB are increased by a predetermined amount at each calculation timing until hunting is not detected, as shown in FIG. As a result, the degree of smoothing of the target value r is increased, and the FB gains F (1) to F (9) are reduced, so that the control amount y is controlled as shown in FIGS. Both the fluctuation and the fluctuation of the manipulated variable ufinal become smaller. By increasing the smoothing coefficient α and the pole α FB in this way, hunting at the time of the next target value change (after about 21 seconds) is suppressed.
次に、図7は、外乱に対する補償挙動を示している。具体的には、図7(a)に示すように時刻6秒から15秒過ぎごろまで制御対象を変動させることでモデル化誤差を発生させ、それと並行して、図7(b)に示すように、0.1の外乱(例えば、パージ)をパルス的に加えた場合の挙動である。本例でも、外乱によって、図7(c),(d)に示すように、操作量ufinalおよび制御量yが変動し、ハンチングが生じている。これに対し、図7(e)に示すようになまし係数αおよび極αFBが適切に設定されることで、外乱に対する挙動(ハンチング)が抑制されている。 Next, FIG. 7 shows the compensation behavior for the disturbance. Specifically, as shown in FIG. 7A, a modeling error is generated by changing the control target from time 6 seconds to about 15 seconds, and in parallel, as shown in FIG. 7B. 2 is a behavior when a disturbance (for example, purge) of 0.1 is applied in a pulsed manner. Also in this example, due to the disturbance, as shown in FIGS. 7C and 7D, the operation amount ufinal and the control amount y fluctuate and hunting occurs. On the other hand, the behavior (hunting) against disturbance is suppressed by appropriately setting the smoothing coefficient α and the pole α FB as shown in FIG.
そして、本発明を空燃比制御システムに適用することで、モデル化誤差が発生する場合でも、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する。 By applying the present invention to the air-fuel ratio control system, it becomes possible to make the control amount (air-fuel ratio) follow the target value even when a modeling error occurs, improving the operating performance and exhaust gas purification performance. To do.
なお、本実施形態において、 極設定部77は本発明の極設定手段および極上限判断手段に相当し、FBゲイン算出部72は本発明のフィードバックゲイン演算手段に相当し、偏差演算部73およびFB項算出部74は本発明のフィードバック操作量演算手段に相当し、ハンチング検出部78は本発明のハンチング検出手段およびハンチング無検出継続判断手段に相当し、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、なまし係数設定部76は本発明のなまし係数設定手段およびなまし係数上限判断手段に相当し、FF項演算部62は本発明のフィードフォワード操作量演算手段に相当し、操作量演算部65は本発明の入力操作量演算手段に相当する。
In this embodiment, the
[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、極αFBについて、まず1未満の初期値を設定し、ハンチング検出状況に応じて所定量増加又は減少させるようにしたが、極αFBは、z平面における単位円内(絶対値が1未満)において適宜設定することができる。そして、ハンチングが検出される毎に、その絶対値が1に近づくように補正し、逆に、ハンチングの無検出状態が継続した場合には絶対値が0に近づくように補正するようにすればよい。ハンチングの検出方法は、図4に示した方法に限らず、種々の方法にて検出を行うことができる。
For example, in the above embodiment, the pole alpha FB, set the first initial value of less than 1, but so as to increase or decrease a predetermined amount in accordance with the hunting detection state, the pole alpha FB is the unit circle in the z plane (Absolute value is less than 1) can be set as appropriate. Then, every time hunting is detected, the absolute value is corrected so as to approach 1, and conversely, when the non-detected state of hunting continues, the absolute value is corrected so as to
また、極αFBの増減については、次のように行うこともできる。例えば、初期値として0に近い値を設定しておく。そして、ハンチング検出毎に徐々に増加させていき、あるところでハンチングが検出されなくなったら、その時点での極αFBを適切な値であるとして以後はその値を使用し続ける(つまり減算はしない)ようにする。逆に、初期値として1に近い値を設定しておき、ハンチング検出毎に徐々に減少させていって、あるところでハンチングがなくなったら、その時点での極αFBを適切な値であるとして以後はその値を使用し続ける(つまり加算はしない)ようにする。 Further, the increase and decrease of the pole α FB can be performed as follows. For example, a value close to 0 is set as an initial value. Then, gradually increase each time hunting is detected, and if hunting is not detected at a certain point, the value of the current pole α FB is assumed to be an appropriate value and the value is used thereafter (that is, no subtraction is performed). Like that. Conversely, a value close to 1 is set as the initial value, and it is gradually decreased every time hunting is detected. If hunting is lost at a certain point, the pole α FB at that point is assumed to be an appropriate value. Keeps using that value (ie, not adding).
ただし、上記のように、ハンチングが検出されなくなった時点での極αFBを使用し続けるようにすると、何らかの要因でそのαFBが不適切になってしまうことも考えられる。例えば、たまたま何らかの異常があるときに極αFBが決定してしまった結果、その後その異常が解消されて極αFBが適切な値ではなくなったにもかかわらず、先に決定した極αFBを使用し続けてしまうといったケースが考えられる。そのため、好ましくは、上記実施形態のように、ハンチング検出を継続して行い、その検出状況に応じて極αFBを適宜増減させるのがよい。なまし係数αについても同様である。 However, as described above, if the pole α FB is continuously used when hunting is no longer detected, the α FB may become inappropriate for some reason. For example, the results had very alpha FB is determined when the chance there is some abnormality, then even though the abnormality is eliminated has been very alpha FB is no longer a proper value, the pole alpha FB previously determined The case where it keeps using it can be considered. Therefore, it is preferable that hunting detection is continuously performed as in the above-described embodiment, and the pole α FB is appropriately increased or decreased according to the detection state. The same applies to the annealing coefficient α.
また、目標値rのなまし処理について、上記実施形態では、式(5)〜(8)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。 Further, in the above embodiment, the target value r is smoothed by the methods shown in the equations (5) to (8). However, such a calculation method is merely an example, and the target value r ( As long as i) can be appropriately performed, various specific methods are conceivable.
また、なまし処理を複数回行う場合、各回のなまし処理におけるなまし係数はそれぞれ個別に設定するようにしてもよい。なお、目標値rをなまし処理することは必須ではなく、FB制御及びFF制御の双方でなまし目標値を用いることも必須ではないが、ハンチング抑制効果を高めるためには、上記実施形態のように、目標値をなまし処理してそのなまし目標値をFB制御及びFF制御の双方で用いるのが好ましい。 Further, when the annealing process is performed a plurality of times, the annealing coefficient in each annealing process may be set individually. In addition, it is not essential to perform the annealing process on the target value r, and it is not essential to use the annealing target value in both the FB control and the FF control. However, in order to enhance the hunting suppression effect, Thus, it is preferable to smooth the target value and use the smoothed target value in both the FB control and the FF control.
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、フィードバック制御により制御対象を制御する制御システム、及びフィードバック制御とフィードフォワード制御の双方で制御対象を制御する制御システムに対して本発明を適用可能である。 In the above embodiment, the example in which the present invention is applied to an air-fuel ratio control system has been described. However, the application of the present invention is not limited to an air-fuel ratio control system, and a control system that controls a controlled object by feedback control. In addition, the present invention can be applied to a control system that controls a controlled object by both feedback control and feedforward control.
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…目標値なまし処理部、62…FF項演算部、63…FB項演算部、64…他補正演算部、65…操作量演算部、66…制御対象(プラント)、71…FB目標値算出部、72…FBゲイン算出部、73…偏差演算部、74…FB項算出部、75…モデルパラメータ設定部、76…なまし係数設定部、77…極設定部、78…ハンチング検出部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記制御対象モデルに状態フィードバック制御則を適用した閉ループ制御モデルの極を設定して、その設定した極と前記制御対象モデルのモデルパラメータとを用いてフィードバックゲインを演算し、
前記目標値と前記制御出力とからその両者の差分を示す制御偏差を演算して、その制御偏差に基づき、前記フィードバックゲインを用いた前記状態フィードバック制御則によって、前記操作量としてのフィードバック操作量を演算し、
前記制御出力のハンチングを検出した場合には、前記フィードバックゲインが小さくなる方向に前記極を再設定する
ことを特徴とする制御方法。 A control method that performs state feedback control of an operation amount input to a control target so that a control output of the control target follows a target value using a control target model that simulates the control target,
Set a pole of a closed-loop control model that applies a state feedback control law to the controlled object model, calculate a feedback gain using the set pole and the model parameter of the controlled object model,
A control deviation indicating a difference between the target value and the control output is calculated, and based on the control deviation, a feedback operation amount as the operation amount is obtained by the state feedback control law using the feedback gain. Operate,
When the hunting of the control output is detected, the pole is reset in a direction in which the feedback gain decreases.
前記制御対象モデルに状態フィードバック制御則を適用した閉ループ制御モデルの極を、所定の安定条件を満たす範囲内の値に設定する極設定手段と、
前記極設定手段により設定された前記極と前記制御対象モデルのモデルパラメータとを用いてフィードバックゲインを演算するフィードバックゲイン演算手段と、
前記目標値と前記制御出力とからその両者の差分を示す制御偏差を演算し、その制御偏差に基づき、前記フィードバックゲイン演算手段により演算された前記フィードバックゲインを用いた前記状態フィードバック制御則によって、前記操作量としてのフィードバック操作量を演算するフィードバック操作量演算手段と、
前記制御出力のハンチングを検出するハンチング検出手段と、
を備え、
前記極設定手段は、前記ハンチング検出手段により前記ハンチングが検出された場合は、前記フィードバックゲインが小さくなる方向に前記極を再設定する
ことを特徴とする制御装置。 A control device that performs state feedback control of an operation amount input to a control target so that a control output of the control target follows a target value using a control target model that simulates the control target,
Pole setting means for setting a pole of a closed loop control model in which a state feedback control law is applied to the controlled object model to a value within a range satisfying a predetermined stability condition;
Feedback gain calculating means for calculating a feedback gain using the pole set by the pole setting means and the model parameters of the controlled object model;
A control deviation indicating a difference between the target value and the control output is calculated, and based on the control deviation, the state feedback control law using the feedback gain calculated by the feedback gain calculation unit is used. A feedback manipulated variable calculating means for calculating a feedback manipulated variable as an operation variable;
Hunting detection means for detecting hunting of the control output;
With
The control device, wherein the pole setting means resets the pole in a direction in which the feedback gain becomes smaller when the hunting detection means detects the hunting.
前記閉ループ制御モデルは離散時間系の制御モデルであり、
前記極設定手段は、絶対値が1未満となる範囲内で前記極を設定し、前記ハンチング検出手段により前記ハンチングが検出された場合は、前記極を、現在設定している値よりもその絶対値が1に近付くように再設定する
ことを特徴とする制御装置。 The control device according to claim 2,
The closed-loop control model is a discrete-time control model,
The pole setting means sets the pole within a range where the absolute value is less than 1, and when the hunting detection means detects the hunting, the pole is set to an absolute value higher than the currently set value. A control device, wherein the value is reset so that the value approaches 1.
前記ハンチング検出手段により前記ハンチングが検出されない状態が所定時間継続したか否かを判断するハンチング無検出継続判断手段を備え、
前記極設定手段は、前記ハンチング無検出継続判断手段により前記ハンチングが前記所定時間継続して検出されていないと判断された場合は、前記フィードバックゲインが大きくなる方向に前記極を再設定する
ことを特徴とする制御装置。 The control device according to claim 2 or 3, wherein
Hunting non-detection continuation determination means for determining whether or not the state where the hunting is not detected by the hunting detection means continues for a predetermined time,
The pole setting means resets the pole in a direction in which the feedback gain increases when the hunting non-detection continuation determination means determines that the hunting is not continuously detected for the predetermined time. Control device characterized.
前記目標値に対し、予め設定されたなまし係数を用い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、
前記なまし処理における前記目標値をなます程度を決定付ける前記なまし係数を設定するなまし係数設定手段と、
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に基づいて、前記操作量としてのフィードフォワード操作量を演算するフィードフォワード操作量演算手段と、
前記フィードフォワード操作量演算手段により演算された前記フィードフォワード操作量と前記フィードバック操作量演算手段により演算された前記フィードバック操作量とを加算することにより、前記制御対象へ入力する前記操作量を演算する入力操作量演算手段と、
を備え、
前記なまし係数設定手段は、前記ハンチング検出手段により前記ハンチングが検出された場合は、前記なまし係数を、現在設定している値よりも所定量大きい値に再設定する
ことを特徴とする制御装置。 It is a control device given in any 1 paragraph of Claims 2-4,
An annealing processing means for calculating an annealing target value obtained by performing an annealing process on the target value using a preset annealing coefficient;
Smoothing coefficient setting means for setting the smoothing coefficient that determines the degree of smoothing of the target value in the smoothing process;
A feedforward manipulated variable calculation means for calculating a feedforward manipulated variable as the manipulated variable based on the smoothing target value calculated by the smoothing processing means;
The operation amount input to the control target is calculated by adding the feedforward operation amount calculated by the feedforward operation amount calculation means and the feedback operation amount calculated by the feedback operation amount calculation means. Input manipulated variable calculation means;
With
The smoothing coefficient setting means resets the smoothing coefficient to a value larger by a predetermined amount than the currently set value when the hunting is detected by the hunting detection means. apparatus.
前記ハンチング検出手段により前記ハンチングが検出されない状態が所定時間継続したか否かを判断するハンチング無検出継続判断手段を備え、
前記なまし係数設定手段は、前記ハンチング無検出継続判断手段により前記ハンチングが前記所定時間継続して検出されていないと判断された場合は、前記なまし係数を、現在設定している値よりも所定量小さい値に再設定する
ことを特徴とする制御装置。 The control device according to claim 5,
Hunting non-detection continuation determination means for determining whether or not the state where the hunting is not detected by the hunting detection means continues for a predetermined time,
If the hunting non-detection continuation determination unit determines that the hunting is not continuously detected for the predetermined time, the annealing coefficient setting unit sets the annealing coefficient to a value that is currently set. A control device characterized by resetting to a value smaller by a predetermined amount.
前記フィードバック操作量演算手段は、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と前記制御出力とから前記制御偏差を演算し、その制御偏差に基づいて前記フィードバック操作量を演算する
ことを特徴とする制御装置。 The control device according to claim 5 or 6, wherein
The feedback manipulated variable calculating means calculates the control deviation from the smoothing target value calculated by the smoothing processing means and the control output, and calculates the feedback manipulated variable based on the control deviation. Control device characterized.
前記極に対してその絶対値の上限値を示す極上限値が予め設定されていると共に、前記なまし係数に対してもその上限値を示すなまし係数上限値が予め設定されており、
前記極が前記極上限値に到達したか否かを判断する極上限判断手段と、
前記なまし係数が前記なまし係数上限値に到達したか否かを判断するなまし係数上限判断手段と、
を備え、
前記入力操作量演算手段は、前記極上限判断手段および前記なまし係数上限判断手段のうち少なくとも何れか一方にて、対応する前記上限値に到達したと判断された場合は、少なくとも前記フィードバック操作量を用いない、所定の異常時演算方法にて、前記操作量を演算する
ことを特徴とする制御装置。 It is a control device given in any 1 paragraph of Claims 5-7,
The pole upper limit value indicating the upper limit value of the absolute value is preset for the pole, and the annealing coefficient upper limit value indicating the upper limit value is preset for the annealing coefficient,
Extreme upper limit judging means for judging whether or not the pole has reached the extreme upper limit;
An annealing coefficient upper limit judging means for judging whether or not the annealing coefficient has reached the annealing coefficient upper limit value;
With
When the input operation amount calculation means determines that the corresponding upper limit value has been reached by at least one of the extreme upper limit determination means and the smoothing coefficient upper limit determination means, at least the feedback operation amount The control device is characterized in that the operation amount is calculated by a predetermined abnormality time calculation method without using any of the above.
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JP2012069588A JP2013200780A (en) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Control method and control device |
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Cited By (2)
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CN106094520A (en) * | 2016-06-29 | 2016-11-09 | 西南交通大学 | A kind of pantograph Active Control Method based on State Variable Feedback Linearization Method |
US11642865B2 (en) | 2017-04-14 | 2023-05-09 | Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems, Ltd. | Corrugated cardboard sheet manufacturing system |
-
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CN106094520B (en) * | 2016-06-29 | 2019-01-22 | 西南交通大学 | A kind of pantograph Active Control Method based on State Variable Feedback Linearization Method |
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