JP2015187763A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】応答遅れ特性を備えた制御対象の制御量を、フィードフォワード制御手法と応答指定型制御手法と外乱補償手法とを組み合わせて制御する場合において、高い制御精度を確保することができる制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置1のECU2は、制御量である実過給圧PBactをフィードフォワード制御するためのドライバ要求過給圧PBdsrdを算出し、値PBdsrdに対する値PBactの応答遅れ特性を反映させた値として、FB目標圧PBcmdを算出し、値PBactと値PBcmdとの偏差である誤差eを算出し、誤差eと値DPBfbと外乱推定値cとの関係を定義した式(32)及び所定の応答指定型制御アルゴリズム[式(10)〜(14)]を用い、値c及び誤差eを変数として含む等価制御入力Ueqと到達則入力Urchとの和として、フィードバック補正項値DPBfbを算出し、値PBdsrdに値DPBfbを加算することにより、制御入力である要求過給圧PBrqrを算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、応答遅れ特性を備えた制御対象を制御する制御装置に関する。

従来、制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られており、この制御装置は、制御対象としての可変ノズル式ターボチャージャを制御するものである。この制御装置では、内燃機関の運転状態に応じて、目標過給圧epimtrgを算出し、フィードバック制御アルゴリズムを用いて、実過給圧epimが目標過給圧epimtrgになるようにフィードバック制御される。

このフィードバック制御アルゴリズムでは、実過給圧epimと目標過給圧epimtrgとの偏差である過給圧偏差epimdltを算出し、これとＰＩＤ制御手法に基づき、比例項epvnpmpと積分項epvnpmiと微分項epvnpmdとの総和として、フィードバック制御項epvnpmfbが算出される。さらに、このフィードバック制御項epvnpmfbと過給圧の基本値epbnbseとの和epbnbse＋epvnpmfbを所定の最小制限値epvnpminと比較し、両者の大きい方の値を、所定の最大制限値epvnpmaxと比較するとともに、両者の大きい方の値を最終開度epvnfinに設定する。そして、この最終開度epvnfinに応じて、ＤＣモータへの供給電流を制御することで、実過給圧epimが目標過給圧epimtrgになるようにフィードバック制御される。

一方、積分項epvnpmiの算出において、過渡運転状態で所定の更新禁止条件が成立したときには、積分項epvnpmiの更新が禁止され、積分項epvnpmiがその前回値に維持される。これは、可変ノズル式ターボチャージャの場合、その応答遅れに起因して、実過給圧epimが目標過給圧epimtrgに対してオーバーシュートしやすい特性を有しており、この問題は過渡運転状態のときにより顕著になるので、それを抑制するためである。

また、本出願人は、特許文献２に記載された制御装置を提案済みである。この制御装置は、制御対象としての可変カム位相機構を制御するものであり、この可変カム位相機構は、吸気カムのクランクシャフトに対する位相であるカム位相ＣＡＩＮを変更するものである。一般に、可変カム位相機構の場合、その応答遅れに起因して、カム位相ＣＡＩＮが目標値に対して追従遅れやオーバーシュートなどを発生しやすいという特性を有している。

このような可変カム位相機構の応答遅れ特性を補償するために、特許文献１の制御装置では、応答指定型制御アルゴリズム及び適応外乱オブザーバを適用した制御アルゴリズムと、可変カム位相機構への制御入力Ｕｃａｉｎとカム位相ＣＡＩＮと外乱推定値ｃ１との関係を定義した離散時間系モデルとを用いて、可変カム位相機構への制御入力Ｕｃａｉｎが算出される。より具体的には、制御入力Ｕｃａｉｎは、等価制御入力Ｕｅｑと到達則入力Ｕｒｃｈの和として算出されるとともに、等価制御入力Ｕｅｑは、カム位相ＣＡＩＮと、カム位相ＣＡＩＮの目標値と、外乱推定値ｃ１とを変数として含むように算出される。すなわち、等価制御入力Ｕｅｑは、可変カム位相機構の応答遅れ特性を補償しながら、デッドビート制御手法で、制御量を目標値に追従させるフィードフォワード制御項（フィードフォワード制御入力）として算出される。

以上のように算出された制御入力Ｕｃａｉｎで可変カム位相機構を制御した場合、外乱推定値ｃ１による外乱補償効果によって、上述した応答遅れに起因する、追従遅れ及びオーバーシュートの発生などを抑制することができ、高い制御精度を確保することができる。

特開２００５−１７１８９３号公報 特許第４２８２５７２号公報

特許文献１の制御装置によれば、所定の更新禁止条件が成立したときに、積分項epvnpmiの更新が禁止されるものの、実過給圧epimが目標過給圧epimtrgを下回っている状態で、所定の更新条件が不成立と判定された場合、その判定タイミングから積分項の更新が開始されることになる。その場合、積分項の更新開始以降、積分項が増大してしまうことで、結果的に、実過給圧epimが目標過給圧epimtrgに対してオーバーシュートしてしまう可能性がある。

これを回避するために、積分項の更新禁止期間を長く設定した場合、積分項の更新開始以降において、実過給圧epimが目標過給圧epimtrgに到達しなかったり、これとは逆に、実過給圧epimを目標過給圧epimtrgに急激に近づけようとすることで、過大なオーバーシュートを発生したりするおそれがある。

以上の問題を解消するために、特許文献１の制御装置に特許文献２の制御手法を適用し、特許文献２の制御入力Ｕｃａｉｎの算出手法によって、特許文献１のフィードバック制御項epvnpmfbを算出することが考えられる。すなわち、フィードバック制御項epvnpmfbを等価制御入力Ｕｅｑと到達則入力Ｕｒｃｈの和として算出し、これを過給圧の基本値epbnbseに加算することにより、最終開度epvnfinを算出することが考えられる。

しかし、このように構成した場合、前述したように、等価制御入力Ｕｅｑは、フィードフォワード制御項である関係上、そのような等価制御入力Ｕｅｑと、フィードフォワード制御項である過給圧の基本値epbnbseとが互い干渉し合うことで、制御精度が低下するおそれがある。特に、等価制御入力Ｕｅｑは、デッドビート制御特性を有しているので、制御精度が著しく低下するおそれがある。また、応答遅れの大きい制御対象では、制御対象のアクチュエータは、等価制御入力Ｕｅｑを実現するために要求される入力の変化に追従できないことが多く、そのような制御対象に対して等価制御入力Ｕｅｑを用いた場合、振動的な挙動を生じるなどの制御精度の低下を招くおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、応答遅れ特性を備えた制御対象の制御量を、フィードフォワード制御手法と応答指定型制御手法と外乱補償手法とを組み合わせて制御する場合において、高い制御精度を確保することができる制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、応答遅れ特性を備えた制御対象の制御量（実過給圧ＰＢａｃｔ、ＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔ、ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔ）を制御入力（要求過給圧ＰＢｒｑｒ、要求ＥＧＲ量ＥＧＲｒｑｒ、要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｒｑｒ）によって制御する制御装置１，１Ａ，１Ｂであって、制御量を検出する制御量検出手段（ＥＣＵ２、過給圧センサ２２、排ガス濃度センサ２５）と、制御量をフィードフォワード制御するための第１入力値（ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄ、ドライバ要求ＥＧＲ量ＥＧＲｄｓｒｄ、ドライバ要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｄｓｒｄ）を、所定のフィードフォワード制御アルゴリズムを用いて算出する第１入力値算出手段（ＥＣＵ２、ドライバ要求過給圧算出部３１、ドライバ要求ＥＧＲ量算出部４０、ドライバ要求ＮＨ３スリップ量算出部５０）と、第１入力値及び制御量を用いて誤差ｅ，ｅ’，ｅ”を算出する誤差算出手段（ＥＣＵ２、減算器３３，４２，５２）と、誤差ｅ，ｅ’，ｅ”と第２入力値（フィードバック補正項ＤＰＢｆｂ，ＤＥＧＲｆｂ，ＤＮＨ３ｆｂ）と外乱推定値ｃとの関係を定義した離散時間系モデル［式（３２），（４２）］及び所定の応答指定型制御アルゴリズム［式（１０）〜（１４），（１０），（４３）〜（４６）］を用い、外乱推定値ｃ及び誤差ｅ，ｅ’，ｅ”を変数として含む等価制御入力Ｕｅｑと到達則入力Ｕｒｃｈとを算出し、等価制御入力Ｕｅｑと到達則入力Ｕｒｃｈの和を用いて、第２入力値（フィードバック補正項ＤＰＢｆｂ，ＤＥＧＲｆｂ，ＤＮＨ３ｆｂ）を算出する第２入力値算出手段（ＥＣＵ２、応答指定型コントローラ３４，４３，５３）と、第１入力値と第２入力値の和を用いて、制御入力（要求過給圧ＰＢｒｑｒ、要求ＥＧＲ量ＥＧＲｒｑｒ、要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｒｑｒ）を算出する制御入力算出手段（ＥＣＵ２、加算器３６，４５，５６）と、を備えることを特徴とする。

この制御装置によれば、制御量をフィードフォワード制御するための第１入力値が、所定のフィードフォワード制御アルゴリズムを用いて算出される。すなわち、第１入力値はフィードフォワード制御項として算出される。また、第１入力値及び制御量を用いて誤差が算出され、誤差と第２入力値と外乱推定値との関係を定義した離散時間系モデル及び所定の応答指定型制御アルゴリズムを用い、外乱推定値及び誤差を変数として含む等価制御入力と到達則入力とを算出し、等価制御入力と到達則入力の和を用いて、第２入力値が算出されるとともに、第１入力値と第２入力値の和を用いて、制御入力が算出される。

以上のように、等価制御入力が、外乱推定値、制御量及びその目標値を変数として含むフィードフォワード制御項ではなく、外乱推定値及び誤差を変数として含む値として算出されるので、等価制御入力を、目標値変化に対するデッドビート制御特性を持たず、かつ高い外乱補償能力を有する値として算出することができる。したがって、そのような等価制御入力と到達則入力の和を用いて算出した第２入力値と、フィードフォワード制御項である第１入力値との和を用いて、制御入力を算出することによって、等価制御入力と第１入力値とが互いに干渉し合うのを回避することができる。これに加えて、外乱推定値の効果によって、応答遅れ特性を備えた制御対象の制御量を、追従遅れ及びオーバーシュートの発生などを抑制しながら、精度よく制御することができる。その結果、フィードフォワード制御手法と応答指定型制御手法と外乱補償手法とを組み合わせて、応答遅れ特性を備えた制御対象の制御量を制御する場合において、高い制御精度を確保することができる（なお、本明細書における「制御量の検出」は、センサなどにより制御量を直接検出することに限らず、制御量を他のパラメータに基づいて推定／算出することを含む）。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の制御装置において、誤差算出手段は、第１入力値に対する制御量の応答遅れ特性を反映させた値として、目標値（ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄ、ＦＢ目標量ＥＧＲｃｍｄ、ＦＢ目標量ＮＨ３ｃｍｄ）を算出する目標値算出手段（ＥＣＵ２、ＦＢ目標圧算出部３２、ＦＢ目標量算出部４１，５１）を有し、誤差ｅ，ｅ’，ｅ”を目標値と制御量との間の偏差として算出することを特徴とする。

この制御装置によれば、第１入力値に対する制御量の応答遅れ特性を反映させた値として、目標値が算出され、誤差が目標値と制御量との間の偏差として算出されるとともに、第２入力値は、外乱推定値及び誤差を変数として含む等価制御入力と到達則入力との和として算出されるので、この第２入力値によって、誤差を値０になるように制御することができる。すなわち、制御量を、第１入力値に対する制御量の応答遅れ特性を反映させた目標値になるように制御できる。その結果、応答遅れ特性を備えた制御対象の制御量を制御する場合において、追従遅れ及びオーバーシュートの発生などを抑制しながら、応答性及び制御精度を高いレベルで確保することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の制御装置において、離散時間系モデル［式（３２），（４２）］を整理し、離散時間系モデルのモデルパラメータα，β１，β２が乗算されていない項を左辺に置き、モデルパラメータα，β１，β２が乗算されている項と外乱推定値ｃを右辺に置いた状態で、左辺を仮想制御量Ｖとし、右辺を仮想制御量の推定値Ｖ＿ｈａｔとしたときに、仮想制御量と仮想制御量の推定値との誤差が最小になるように、モデルパラメータα，β１，β２及び外乱推定値ｃをオンボードで同定する同定手段（ＥＣＵ２、オンボード同定器３５，４４，５４）をさらに備えることを特徴とする。

この制御装置によれば、離散時間系モデルを整理し、モデルパラメータが乗算されていない項を左辺に置き、モデルパラメータが乗算されている項と外乱推定値を右辺に置いた状態で、左辺を仮想制御量とし、右辺を仮想制御量の推定値としたときに、仮想制御量と仮想制御量の推定値との誤差が最小になるように、モデルパラメータ及び外乱推定値がオンボードで同定される。このように、モデルパラメータ及び外乱推定値をオンボードで同定することができるので、制御対象の個体間のばらつきや経年変化などに起因して、離散時間系モデルにおけるモデル化誤差が増大したときでも、モデル化誤差を精度よく補償することができる。それにより、制御精度をさらに向上させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の制御装置において、制御量は、内燃機関３の過給機５によって変更される過給圧（実過給圧ＰＢａｃｔ）であることを特徴とする。

内燃機関の過給機によって変更される過給圧の場合、過給機のアクチュエータの動作精度及び応答性が低いことなどに起因して、制御入力に対する応答遅れが極めて大きいのが一般的である。これに対して、この制御装置によれば、そのような応答遅れの極めて大きい過給圧を、フィードフォワード制御手法と応答指定型制御手法と外乱補償手法とを組み合わせて制御する場合において、高い制御精度を確保することができ、その商品性を向上させることができる。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の制御装置において、制御量は、内燃機関３のＥＧＲ装置８によって変更されるＥＧＲ量及びＥＧＲ率の一方（ＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔ）であることを特徴とする。

内燃機関のＥＧＲ装置によって変更されるＥＧＲ量／ＥＧＲ率の場合、ＥＧＲ弁の動作精度及び応答性が低いことと、還流ガスが吸気系に還流されるのに時間を要することなどに起因して、制御入力に対する応答遅れが極めて大きいのが一般的である。これに対して、この制御装置によれば、そのような応答遅れの極めて大きいＥＧＲ量／ＥＧＲ率を、フィードフォワード制御手法と応答指定型制御手法と外乱補償手法とを組み合わせて制御する場合において、高い制御精度を確保することができ、その商品性を向上させることができる。

請求項６に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の制御装置において、制御量は、内燃機関３の排ガス中のＮＯｘを尿素及びアンモニアの一方である還元剤の存在下で浄化する選択還元触媒１２を通り抜けたアンモニアの濃度及び量の一方（ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔ）であることを特徴とする。

内燃機関の排ガス中のＮＯｘを尿素及びアンモニアの一方である還元剤の存在下で浄化する選択還元触媒において、選択還元触媒を通り抜けたアンモニア濃度／量が目標値になるように、還元剤の供給量を決定し、それにより、選択還元触媒に貯蔵されたアンモニア量をその最大貯蔵量になるように制御することで、ＮＯｘ浄化率を向上させる制御手法（例えば、特許第５２５０５８９号公報の手法）が知られている。この場合、制御量としてのアンモニア濃度／量は、制御入力に対して応答遅れが極めて大きく、それに起因して、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率の低下や選択還元触媒を通り抜けるアンモニア量が増大し、排ガスの臭気が増大するおそれがある。これに対して、この制御装置によれば、そのような応答遅れの極めて大きいアンモニア濃度／量を、フィードフォワード制御手法と応答指定型制御手法と外乱補償手法とを組み合わせて制御する場合において、高い制御精度を確保することができる。それにより、選択還元触媒において、高いＮＯｘ浄化率を確保でき、選択還元触媒を通り抜けるアンモニア量を抑制できるとともに、排ガスの臭気を低減することができる。その結果、商品性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る制御装置及びこれを適用した過給機を備える内燃機関の構成を模式的に示す図である。 制御装置の電気的な構成を示すブロック図である。 制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。 ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。 むだ時間ｄｂの算出に用いるマップの一例を示す図である。 遅れ係数ＫＢの算出に用いるマップの一例を示す図である。 減速時重み係数Ｋｍの算出に用いるマップの一例を示す図である。 目標ベーン開度ＶＧＴｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。 過給制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の過給制御のシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。 比較のために、ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄの算出式として、ＰＩＤ制御アルゴリズムを用いたときの過給制御のシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。 パラメータスケジューラにおいて、モデルパラメータαの算出に用いるマップの一例を示す図である。 第２実施形態の制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。 第３実施形態の制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る制御装置について説明する。図１に示すように、内燃機関（以下「エンジン」という）３には、制御対象としての過給機５が設けられており、本実施形態の制御装置１は、この過給機５を制御することで過給圧を制御するもの、すなわち過給制御を実行するものである。制御装置１は、図２に示すように、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２によって、後述するように、過給制御処理が実行される。

エンジン３は、４気筒ディーゼルエンジンタイプのものであり、図示しない車両に動力源として搭載されている。このエンジン３には、燃料噴射弁３ａが気筒ごとに設けられており（図２に１つのみ図示）、この燃料噴射弁３ａはＥＣＵ２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、燃料噴射弁３ａの開閉タイミングを制御することによって、燃料噴射弁３ａによる燃料噴射量及び噴射時期を制御する。

また、エンジン３の吸気通路４の途中には、前述した過給機５及びインタークーラ６が設けられている。この過給機５は、可変容量式ターボチャージャで構成されており、吸気通路４のインタークーラ６よりも上流側に設けられたコンプレッサブレード５ａと、排気通路７の途中に設けられ、コンプレッサブレード５ａと一体に回転するタービンブレード５ｂと、複数の可変ベーン５ｃ（２つのみ図示）と、可変ベーン５ｃを駆動するベーンアクチュエータ５ｄなどを備えている。

この過給機５では、排気通路７内の排ガスによってタービンブレード５ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード５ａも同時に回転することにより、吸気通路４内の空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。

また、可変ベーン５ｃは、過給機５が発生する過給圧を変化させるためのものであり、ＥＣＵ２に接続されたベーンアクチュエータ５ｄに機械的に連結されている。ＥＣＵ２は、ベーンアクチュエータ５ｄを介して可変ベーン５ｃの開度を変化させ、タービンブレード５ｂの回転速度すなわちコンプレッサブレード５ａの回転速度を変化させることによって、過給圧を制御する。

さらに、インタークーラ６は、水冷式のものであり、その内部を吸気が通過する際、過給機５での過給動作によって温度が上昇した吸気を冷却する。

一方、エンジン３の排気通路７には、上流側から順に、前述したタービンブレード５ｂ及び尿素ＳＣＲ装置１０が設けられている。この尿素ＳＣＲ装置１０は、排ガス中のＮＯｘを選択的に還元するものであり、上流側から順に、ユリア噴射弁１１、選択還元触媒１２及び下流側触媒１３を備えている。

このユリア噴射弁１１は、開弁したときに、図示しないユリアタンクからの尿素水を選択還元触媒１２の上流側の排気通路７内に噴射するものであり、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。このユリア噴射弁１１では、尿素水の噴射量（以下「ユリア噴射量」という）がＥＣＵ２からの制御入力信号によって制御される。この場合、ユリア噴射弁１１から噴射された尿素水の尿素は、その一部が、排ガスの熱及び選択還元触媒１２との接触によって、アンモニアに変化する。

また、選択還元触媒１２は、還元剤としての尿素（Ｕｒｅａ）が存在する雰囲気下で、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元するものである。この選択還元触媒１２では、そのＮＯｘの還元作用において、尿素水の噴射時に尿素から変化したアンモニアも、尿素と一緒に消費されるとともに、消費されなかった分のアンモニアは、選択還元触媒１２内に貯蔵される。

さらに、下流側触媒１３も、選択還元触媒１２と同様に、還元剤としての尿素が存在する雰囲気下で、排ガス中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒タイプのもので構成されている。

また、エンジン３には、ＥＧＲ装置８が設けられている。このＥＧＲ装置８は、排気通路７内の排ガスの一部を吸気通路４側に還流させるものであり、吸気通路４及び排気通路７の間に接続されたＥＧＲ通路８ａと、ＥＧＲ通路８ａ内を流れる還流ガスを冷却するＥＧＲクーラ８ｂと、このＥＧＲ通路８ａを開閉するＥＧＲ制御弁８ｃなどで構成されている。ＥＧＲ通路８ａの一端は、排気通路７のユリア噴射弁１１よりも上流側の部位に開口し、他端は、吸気通路４のコンプレッサブレード５ａよりも上流側の部位に開口している。

ＥＧＲ制御弁８ｃは、その開度が全開状態と全閉状態との間でリニアに変化するリニア電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ制御弁８ｃの開度を変化させることにより、還流ガス量（以下「ＥＧＲ量」という）を制御する。

一方、図２に示すように、ＥＣＵ２には、クランク角センサ２０、エアフローセンサ２１、過給圧センサ２２、大気圧センサ２３、アクセル開度センサ２４及び排ガス濃度センサ２５が電気的に接続されている。

このクランク角センサ２０は、マグネットロータ及びＭＲＥピックアップで構成されており、図示しないクランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば２゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

また、エアフローセンサ２１は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気通路４内を流れる空気の流量（以下「吸気流量」という）を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このエアフローセンサ２１の検出信号に基づき、吸気流量Ｇａｉｒを算出する。

さらに、過給圧センサ２２は、吸気通路４のインタークーラ６よりも下流側に設けられており、過給機５によって昇圧された吸気通路４内の実際の吸気圧力（以下「実過給圧」という）ＰＢａｃｔを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、過給圧センサ２２が制御量検出手段に、実過給圧ＰＢａｃｔが制御量にそれぞれ相当する。

一方、大気圧センサ２３は、半導体圧力センサで構成されており、大気圧ＰＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、アクセル開度センサ２４は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、排ガス濃度センサ２５は、排ガス中のアンモニアに対して感度を有しているとともに、検出信号の値が、排ガス中のアンモニア濃度が高いほど、より大きくなるという特性を有している。ＥＣＵ２は、この排ガス濃度センサ２５の検出信号に基づき、選択還元触媒１２を通り抜けたアンモニア量（以下「ＮＨ３スリップ量」という）ＮＨ３ａｃｔを算出する。

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２４の検出信号などに応じて、以下に述べるように、過給制御処理などの各種の制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、制御量検出手段、第１入力値算出手段、誤差算出手段、第２入力値算出手段、制御入力算出手段、目標値算出手段及び同定手段に相当する。

次に、本実施形態の制御装置１の機能的な構成について説明する。制御装置１は、過給制御を実行するものであり、図３に示すように、排気エネルギ算出部３０、ドライバ要求過給圧算出部３１、ＦＢ目標圧算出部３２、減算器３３、応答指定型コントローラ３４、オンボード同定器３５、加算器３６、除算器３７及び目標ベーン開度算出部３８を備えている。これらの構成３０〜３８は、具体的にはＥＣＵ２によって構成されている。

なお、以下の説明において、記号（ｋ）付きの各離散データは、所定の制御周期ΔＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）に同期して算出（又はサンプリング）されたデータであることを示しており、記号ｋ（ｋは正の整数）は各離散データの算出（又はサンプリング）サイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回の算出タイミングで算出された今回値であることを、記号ｋ−１は前回の算出タイミングで算出された前回値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の離散データにおいても同様である。また、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）を適宜省略する。

まず、排気エネルギ算出部３０で、排気エネルギＨｅｘを算出する。この排気エネルギＨｅｘは、排ガスから過給機５のタービンブレード５ｂに付与されるエネルギに相当する値であり、具体的には、下式（１）によって算出される。

この式（１）のＧｆｕｅｌは、燃料噴射弁３ａから噴射される燃料量であり、図示しない燃料制御処理において算出される。また、Ｋａは、エンジン３の運転状態に応じて設定される補正係数である。

また、ドライバ要求過給圧算出部３１で、ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄを算出する。このドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄは、運転者によって要求されている過給圧であり、具体的には、要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、図４に示すマップを検索することにより算出される。なお、本実施形態では、ドライバ要求過給圧算出部３１が第１入力値算出手段に、ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄが第１入力値にそれぞれ相当する。

同図において、ＰＢ１は所定過給圧であり、ＮＥ１〜３は、ＮＥ１＜ＮＥ２＜ＮＥ３が成立するように設定されるエンジン回転数ＮＥの所定値である。また、要求トルクＴＲＱは、運転者によって要求されているエンジントルクであり、図示しない燃料制御処理において、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じて算出される。このマップにおいて、負値の要求トルクＴＲＱは、アクセルペダルが踏まれていない、減速フューエルカット運転中でのエンジンブレーキ状態におけるエンジントルクに相当する。

さらに、ＦＢ目標圧算出部３２で、ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄを算出する。このＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄは、実過給圧ＰＢａｃｔをフィードバック制御するときの目標となる値であり、具体的には、以下に述べる式（２）〜（９）に示す手法によって算出される。なお、本実施形態では、ＦＢ目標圧算出部３２が目標値算出手段に、ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄが目標値にそれぞれ相当する。

まず、下式（２）に示す１次遅れ演算によって、基準ＦＢ目標圧の暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｂｓ＿ｔｍｐを算出する。

この式（２）において、ｄｂはむだ時間であり、ＫＢは遅れ係数である。このむだ時間ｄｂは、ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄが実過給圧ＰＢａｃｔに反映されるのに要する時間であり、具体的には、排気エネルギＨｅｘに応じて、図５に示すマップを検索することにより算出される。同図に示すように、むだ時間ｄｂは、排気エネルギＨｅｘが所定値Ｈｅｘ１以上の領域では所定値ｄｂ１に設定されているとともに、Ｈｅｘ＜Ｈｅｘ１の領域では、排気エネルギＨｅｘが小さいほど、より大きい値に設定されている。これは、排気エネルギＨｅｘが小さいほど、過給機５の応答性が低下し、むだ時間がより大きくなることによる。

また、遅れ係数ＫＢは、排気エネルギＨｅｘに応じて、図６に示すマップを検索することにより算出される。同図に示すように、この遅れ係数ＫＢは、排気エネルギＨｅｘが所定値Ｈｅｘ２以上の領域では一定値ＫＢ１（＜１）に設定されているとともに、Ｈｅｘ＜Ｈｅｘ２の領域では、排気エネルギＨｅｘが小さいほど、より小さい値に設定されている。

これは、フィードフォワード制御項としてのドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄを用いて、過給機５を制御した場合、実過給圧ＰＢａｃｔが、むだ時間ｄｂ前のドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄに対して１次遅れ特性を示すので、それを反映させるためである。すなわち、基準ＦＢ目標圧の暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｂｓ＿ｔｍｐは、ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄに対する実過給圧ＰＢａｃｔの応答遅れ特性を反映した値として算出される。

また、式（２）を参照すると明らかなように、基準ＦＢ目標圧の暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｂｓ＿ｔｍｐの算出結果に反映される度合いは、遅れ係数ＫＢが小さいほど、基準ＦＢ目標圧の前回値ＰＢｃｍｄ＿ｂｓ（ｋ−１）の方が、むだ時間ｄｂ前のドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄ（ｋ−（ｄｂ（ｋ））よりも大きいことになる。このように、排気エネルギＨｅｘが小さく、過給機５の応答性が低下している条件下において、基準ＦＢ目標圧の前回値ＰＢｃｍｄ＿ｂｓ（ｋ−１）の方を、基準ＦＢ目標圧の暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｂｓ＿ｔｍｐの算出結果により反映させるために、遅れ係数ＫＢは図６のように設定されている。

次に、下式（３）に示す加重平均演算によって、基準ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄ＿ｂｓを算出する。

この式（３）において、Ｋｍは減速時重み係数であり、具体的には、排気エネルギＨｅｘに応じて、図７に示すマップを検索することにより算出される。同図に示すように、減速時重み係数Ｋｍは、ＴＲＱ≧０の領域では値１に設定されているとともに、ＴＲＱ＜０の領域では、要求トルクＴＲＱが小さいほど、より小さい値に設定されている。これは以下の理由による。

すなわち、上式（３）を参照すると明らかなように、基準ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄ＿ｂｓの算出結果に反映される度合いは、減速時重み係数Ｋｍが小さいほど、実過給圧ＰＢａｃｔの方が基準ＦＢ目標圧の暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｂｓ＿ｔｍｐよりも大きいことになる。言い換えれば、基準ＦＢ目標圧の暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｂｓ＿ｔｍｐが実過給圧ＰＢａｃｔに近づくことになる。このように、要求トルクＴＲＱが負値領域にあって、減速フューエルカット運転中のときに、基準ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄ＿ｂｓを実過給圧ＰＢａｃｔに漸近させるために、減速時重み係数Ｋｍは前述した図７のように設定されている。

次に、下式（４）により、許容上限値の暫定値ＰＢｌｍｔ＿ａｃｐ＿ｔｍｐを算出する。

この式（４）のＤＰＢ＿ＡＣＰは、所定の許容幅値であり、正の一定値に設定されている。

次いで、下式（５）により、許容上限値ＰＢｌｍｔ＿ａｃｐを算出する。

この式（５）のＭＩＮ（）は、括弧内の２値のうちの最小値を選択する最小値選択関数である。この式（５）を参照すると明らかなように、許容上限値ＰＢｌｍｔ＿ａｃｐは、許容上限値の暫定値ＰＢｌｍｔ＿ａｃｐ＿ｔｍｐとドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄのうちの小さい方の値として算出されるので、ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄを超えないように、ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄを上限値とする上限リミット処理を施された値として算出されることになる。

また、下式（６）により、許容下限値ＰＢｌｍｔ＿ｌｏｗを算出する。

この式（６）を参照すると明らかなように、許容下限値ＰＢｌｍｔ＿ｌｏｗは、許容上限値ＰＢｌｍｔ＿ａｃｐと実過給圧ＰＢａｃｔの小さい方の値として算出される。

さらに、下式（７）に示す１次遅れ演算によって、ＦＢ目標圧の第１暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｔｍｐ１を算出する。

この式（７）を参照すると明らかなように、ＦＢ目標圧の第１暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｔｍｐ１の算出結果に反映される度合いは、遅れ係数ＫＢが小さいほど、ＦＢ目標圧の前回値ＰＢｃｍｄ（ｋ−１）の方が、むだ時間ｄｂ前のドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄ（ｋ−（ｄｂ（ｋ））よりも大きいことになる。すなわち、排気エネルギＨｅｘが小さく、過給機５の応答性が低下している条件下においては、ＦＢ目標圧の前回値ＰＢｃｍｄ（ｋ−１）の方が、ＦＢ目標圧の第１暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｔｍｐ１の算出結果により反映されることになる。

次に、下式（８）に示す加重平均演算によって、ＦＢ目標圧の第２暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｔｍｐ２を算出する。

上式（８）を参照すると明らかなように、ＦＢ目標圧の第２暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｔｍｐ２の算出結果に反映される度合いは、減速時重み係数Ｋｍが小さいほど、実過給圧ＰＢａｃｔの方がＦＢ目標圧の第１暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｔｍｐ１よりも大きいことになる。その結果、要求トルクＴＲＱが負値領域にあって、減速フューエルカット運転中のときに、ＦＢ目標圧の第２暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｔｍｐ２が実過給圧ＰＢａｃｔに漸近することになる。

そして、下式（９）により、ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄが最終的に算出される。

この式（９）のＭＡＸ（）は、括弧内の２値のうちの最大値を選択する最大値選択関数である。この式（９）を参照すると明らかなように、ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄは、ＦＢ目標圧の第２暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｔｍｐ２と許容下限値ＰＢｌｍｔ＿ｌｏｗのうちの大きい方の値として算出されるので、ＦＢ目標圧の第２暫定値ＰＢｃｍｄ＿ｔｍｐ２に対して、許容下限値ＰＢｌｍｔ＿ｌｏｗを下限値とする下限リミット処理を施した値として算出されることになる。

一方、前述した減算器３３（誤差算出手段）で、下式（１０）により、誤差ｅを算出する。

また、応答指定型コントローラ３４で、下式（１１）〜（１４）に示す応答指定型制御アルゴリズムにより、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂを算出する。なお、本実施形態では、応答指定型コントローラ３４が第２入力値算出手段に、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂが第２入力値にそれぞれ相当する。

上式（１１）において、σは切換関数であり、Ｓは−１＜Ｓ＜０が成立するように設定される切換関数設定パラメータである。また、上式（１２）において、Ｕｅｑは等価制御入力であり、αは後述する制御対象モデルのモデルパラメータであり、ｃは外乱推定値である。これらのモデルパラメータα及び外乱推定値ｃは、後述するように、オンボード同定器３５によってオンボードで同定される。

さらに、上式（１３）において、Ｕｒｃｈは到達則入力であり、Ｋｒｃｈは到達則ゲインである。以上のような制御アルゴリズムを用いてフィードバック補正項ＤＰＢｆｂを算出した理由については後述する。

一方、前述したオンボード同定器３５（同定手段）で、下式（１５）〜（２３）に示す同定アルゴリズムにより、モデルパラメータベクトルθを算出する。

上式（１６）に示すように、モデルパラメータベクトルθは、モデルパラメータαと外乱推定値ｃを要素とするベクトルとして定義される。また、式（１５）のｅｉｄは、式（１７）によって算出される同定誤差であり、この式（１７）のＶは、式（１８）によって算出される仮想制御量である。また、式（１７）のＶ＿ｈａｔは、式（１９）によって算出される仮想制御量の推定値であり、この式（１９）のζは、その転置行列が式（２０）のように定義されるベクトルである。

さらに、式（１５）のλは、式（２２）のように定義される忘却行列であり、その要素λ１，λ２はいずれも値１以下の値として設定される。さらに、式（１５）のＫＰは、式（２１）のように定義される同定ゲインである。この式（２１）のＰは、式（２３）のように定義される同定ゲイン行列であり、その要素Ｐ１，Ｐ２はいずれも正値として設定される。以上の同定アルゴリズムの導出手法については後述する。

また、前述した加算器３６で、下式（２４）により、要求過給圧ＰＢｒｑｒを算出する。なお、本実施形態では、加算器３６が制御入力算出手段に、要求過給圧ＰＢｒｑｒが制御入力にそれぞれ相当する。

さらに、前述した除算器３７で、下式（２５）により、要求圧力比ＲＰＢｒｇｒを算出する。

次いで、前述した目標ベーン開度算出部３８で、排気エネルギＨｅｘ及び要求圧力比ＲＰＢｒｇｒに応じて、図８に示すマップを検索することにより、目標ベーン開度ＶＧＴｃｍｄを算出する。この目標ベーン開度ＶＧＴｃｍｄは、可変ベーン５ｃの開度の目標となる値である。同図において、ＲＰＢ１〜４は、ＲＰＢ１＜ＲＰＢ２＜ＲＰＢ３＜ＲＰＢ４が成立するように設定される要求圧力比ＲＰＢｒｇｒの所定値である。

このマップでは、目標ベーン開度ＶＧＴｃｍｄは、排気エネルギＨｅｘが大きい領域では、排気エネルギＨｅｘが大きいほど、より小さい値に設定されている。これは、排気エネルギＨｅｘが大きい領域では、排気エネルギＨｅｘが、過給機５のコンプレッサブレード５ａにおいてＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄまで吸気圧を圧縮するのに必要なエネルギよりも十分に大きい状態になるので、過給圧ＰＢをＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄに維持すべく、余分なエネルギを排ガスのエネルギとしてタービンブレード５ｂの下流側に逃すためである。また、目標ベーン開度ＶＧＴｃｍｄは、要求圧力比ＲＰＢｒｇｒが大きいほど、より大きな過給圧を得るために、より大きい値に設定されている。

以上のように、目標ベーン開度算出部３８で目標ベーン開度ＶＧＴｃｍｄが算出されると、これに対応する制御入力信号が過給機５のベーンアクチュエータ５ｄに供給される。それにより、実過給圧ＰＢａｃｔがＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄに追従するようにフィードバック制御されるとともに、要求過給圧ＰＢｒｑｒが定常状態となった際には、実過給圧ＰＢａｃｔが要求過給圧ＰＢｒｑｒになるように制御される。

次に、前述した応答指定型コントローラ３４において、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂの算出アルゴリズムとして、前述した式（１１）〜（１４）を用いた理由について説明する。

まず、過給圧制御系として、要求過給圧ＰＢｒｑｒを制御入力とし、実過給圧ＰＢａｃｔを制御量とする制御対象を考えた場合、実過給圧ＰＢａｃｔが要求過給圧ＰＢｒｑｒに対して応答遅れを伴う制御対象となるので、これをモデリングすると、下式（２６）に示す制御対象モデルが得られる。

上式（２６）のａ，ｂは、遅れ要素モデルパラメータである。この制御対象モデルに基づき、フィードバック制御入力としての要求過給圧ＰＢｒｑｒの算出手法として、特許文献２の制御アルゴリズムを適用すると、下式（２７）〜（３１）が得られる。

本実施形態の構成では、前述したように、要求過給圧ＰＢｒｑｒは、ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄとフィードバック補正項ＤＰＢｆｂとの和として算出されるので、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂの算出式は、上式（２７）〜（３１）において、要求過給圧ＰＢｒｑｒをフィードバック補正項ＤＰＢｆｂに置き換えものとなる。また、遅れ要素モデルパラメータ及び外乱推定値の離散データａ（ｋ），ｂ（ｋ），ｃ（ｋ）は、特許文献２における同定アルゴリズムで同定されることになる。

この場合、上式（２９）を参照すると明らかなように、等価制御入力Ｕｅｑには、目標過給圧ＰＢｃｍｄが含まれている。この目標過給圧ＰＢｃｍｄは、前述したように、要求過給圧ＰＢｒｑｒに対する実過給圧ＰＢａｃｔの応答遅れを反映した値であるので、そのような値を含む等価制御入力Ｕｅｑは、フィードフォワード制御項としての特性を有していることになり、結果的に、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂは、フィードフォワード制御項を含むことになる。

したがって、要求過給圧ＰＢｒｑｒを、そのようなフィードバック補正項ＤＰＢｆｂとドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄの和として算出した場合、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂに含まれるフィードフォワード制御項と、フィードフォワード制御項であるドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄとが互いに干渉し合うことで、制御精度が低下するおそれがある。特に、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂに含まれる等価制御入力Ｕｅｑのデッドビート制御特性によって、制御精度が著しく低下するおそれがある。また、応答遅れの大きい制御対象では、制御対象のアクチュエータは、等価制御入力Ｕｅｑを実現するために要求される入力の変化に追従できないことが多く、そのような制御対象に対して等価制御入力Ｕｅｑを用いた場合、振動的な挙動を生じるなどの制御精度の低下を招くおそれがある。

以上の問題を回避するために、本実施形態の場合、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂと誤差ｅとの関係を１次遅れ系と見なし、下式（３２）に示す離散時間系の制御対象モデルを設定する。

ここで、誤差ｅの目標値をｅｒとし、上式（３２）におけるモデルパラメータα及び外乱推定値ｃを離散データ化した制御対象モデルに基づき、応答指定型制御アルゴリズムを適用すると、下式（３３）〜（３６）が得られる。

この場合、上式（３４）における誤差ｅの目標値ｅｒは、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂの目的が誤差ｅを無くすことであることを考慮すると、ｅｒ（ｋ）＝ｅｒ（ｋ−１）＝ｅｒ（ｋ−２）＝０となるので、これを式（３４）に代入すると、前述した式（１２）が得られる。その結果、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂの算出式として、前述した（１１）〜（１４）が得られる。

また、上式（３４）のモデルパラメータα（ｋ）及び外乱推定値ｃ（ｋ）の同定アルゴリズムは以下に述べるように導出される。まず、上述した式（３２）において、モデルパラメータα及び外乱推定値ｃを離散データ化した後、整理すると、下式（３７）が得られる。

上式（３７）の左辺を仮想制御量Ｖとし、右辺を仮想制御量の推定値Ｖ＿ｈａｔとして、これらの誤差が最小になるように、忘却アルゴリズムを含む逐次型同定アルゴリズムを適用すると、前述した式（１５）〜（２３）が得られる。

次に、図９を参照しながら、過給制御処理について説明する。この過給制御処理は、前述した制御アルゴリズムを用いて、実過給圧ＰＢａｃｔを制御するものであり、ＥＣＵ２によって所定の制御周期ΔＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。

まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、過給圧センサ２２の検出信号に基づき、実過給圧ＰＢａｃｔを算出する。

次いで、ステップ２に進み、前述したように、要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、図４に示すマップを検索することにより、ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄを算出する。次に、ステップ３で、前述した式（１）により、排気エネルギＨｅｘを算出する。

ステップ３に続くステップ４で、前述した式（２）〜（９）の制御アルゴリズムにより、ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄを算出する。

次いで、ステップ５に進み、前述した式（１５）〜（２３）の同定アルゴリズムを用いて、モデルパラメータα及び外乱推定値ｃを算出し、これらの算出結果と前述した式（１０）〜（１４）の応答指定型制御アルゴリズムを用いて、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂを算出する。

次に、ステップ６で、前述した式（２４）により、要求過給圧ＰＢｒｑｒを算出する。

ステップ６に続くステップ７で、前述した式（２５）により、要求圧力比ＲＰＢｒｇｒを算出する。

ステップ７に続くステップ８で、前述したように、排気エネルギＨｅｘ及び要求圧力比ＲＰＢｒｇｒに応じて、図８のマップを検索することにより、目標ベーン開度ＶＧＴｃｍｄを算出した後、本処理を終了する。

次に、以上のように構成された本実施形態の制御装置１による過給制御のシミュレーション結果（以下「制御結果」という）について説明する。図１０は、本実施形態の制御装置１による制御結果（以下「本制御結果」という）を示しており、図１１は、比較のために、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂの算出アルゴリズムとして、ＰＩＤ制御アルゴリズムを用いた場合の制御結果（以下「比較制御結果」という）を示している。

両図を参照すると明らかなように、本制御結果の場合、比較制御結果と比べて、誤差ｅの絶対値がより小さく抑制されているとともに、ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄに対する実過給圧ＰＢａｃｔのオーバーシュートや揺らぎ挙動をより適切に抑制できており、高い制御精度を確保できていることが判る。また、本制御結果の場合、実質的な制御入力である目標ベーン開度ＶＧＴｃｍｄの挙動に対して、誤差ｅの絶対値を小さく抑制できているにもかかわらず、制御量としての実過給圧ＰＢａｃｔが円滑な挙動を示しており、応答遅れを適切に補償できていることが判る。

以上のように、第１実施形態の制御装置１によれば、ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄが、図４のマップ検索により、実過給圧ＰＢａｃｔをフィードフォワード制御するためのフィードフォワード制御項として算出される。また、ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄが、式（２）〜（９）の制御アルゴリズムにより、ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄに対する実過給圧ＰＢａｃｔの応答遅れを反映した値として算出され、誤差ｅが実過給圧ＰＢａｃｔとＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄとの偏差として算出される。さらに、この誤差ｅとフィードバック補正項ＤＰＢｆｂと外乱推定値ｃとの関係を定義した制御対象モデル（式（３２））に基づき、応答指定型制御アルゴリズムを適用することにより、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂが等価制御入力Ｕｅｑと到達則入力Ｕｒｃｈの和として算出される。そして、ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄにフィードバック補正項ＤＰＢｆｂを加算することにより、制御入力としての要求過給圧ＰＢｒｑｒが算出される。

この場合、等価制御入力Ｕｅｑは、特許文献２の制御手法と異なり、外乱推定値ｃ、制御量（実過給圧ＰＢａｃｔ）及びその目標値（ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄ）を変数として含むフィードフォワード制御項ではなく、式（１２）に示すように、誤差ｅ及び外乱推定値ｃを変数として含むように算出されるので、この等価制御入力Ｕｅｑを、目標値変化に対するデッドビート制御特性を持たず、かつ高い外乱補償能力を有する値として算出することができる。したがって、そのような等価制御入力Ｕｅｑと到達則入力Ｕｒｃｈの和として算出したフィードバック補正項ＤＰＢｆｂを、フィードフォワード制御項である要求過給圧ＰＢｒｑｒに加算することにより、制御入力としての要求過給圧ＰＢｒｑｒが算出されるので、等価制御入力Ｕｅｑとドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄとが互いに干渉し合うのを回避しながら、要求過給圧ＰＢｒｑｒによって実過給圧ＰＢａｃｔを制御することができる。

これに加えて、外乱推定値ｃの効果によって、応答遅れ特性を備えた実過給圧ＰＢａｃｔを、追従遅れ及びオーバーシュートの発生などを抑制しながら、精度よく制御することができる。その結果、フィードフォワード制御手法と応答指定型制御手法と外乱補償手法とを組み合わせて、応答遅れ特性を備えた実過給圧ＰＢａｃｔを制御する場合において、高い制御精度を確保することができる。

また、式（３２）のモデルパラメータα及び外乱推定値ｃを離散データ化した制御対象モデルを式（３７）のように整理し、式（３７）の左辺を仮想制御量Ｖとし、式（３７）の右辺を仮想制御量の推定値Ｖ＿ｈａｔとした場合において、仮想制御量Ｖと仮想制御量の推定値Ｖ＿ｈａｔとの誤差が最小になるように、式（１５）〜（１９）の逐次型同定アルゴリズムによって、モデルパラメータα及び外乱推定値ｃを要素とするモデルパラメータベクトルθが同定される。すなわち、モデルパラメータα及び外乱推定値ｃをオンボードで同定することができる。

この場合、式（３２）は、外乱推定値ｃを除くと、１次遅れ系のモデル式となるが、入力であるフィードバック補正項ＤＰＢｆｂと出力である誤差ｅの関係は、誤差ｅの値０への収束挙動をより高精度で制御するために、定常偏差を生じない１次遅れ系として同定できることが望ましい。これに対して、式（３２）の場合、出力及び入力に乗算される２つのモデルパラメータα，1−αが拘束条件を満たすように設定されているので、定常偏差を生じない１次遅れ系として同定することができる。さらに、モデルパラメータαを拘束条件を満たすように同定することによって、外乱推定値ｃの同定精度も向上させることができる。このように、応答遅れ特性と、そのゲイン特性と、外乱推定値ｃの値とを個別に同定することによって、制御対象の個体間のばらつきや経年変化などに起因して、制御対象モデルにおけるモデル化誤差が増大したときでも、モデル化誤差を精度よく補償することができる。それにより、制御精度をさらに向上させることができる。

さらに、エンジン３の過給機５によって変更される実過給圧ＰＢａｃｔの場合、過給機５のベーンアクチュエータ５ｄの動作精度及び応答性が低いことに起因して、制御入力である要求過給圧ＰＢｒｑｒに対する応答遅れが極めて大きいのが一般的である。これに対して、この制御装置１によれば、そのような応答遅れの極めて大きい実過給圧ＰＢａｃｔを、フィードフォワード制御手法と応答指定型制御手法と外乱補償手法とを組み合わせて制御する場合において、高い制御精度を確保することができ、その商品性を向上させることができる。

なお、第１実施形態は、前述した式（１）によって排気エネルギＨｅｘを算出した例であるが、これに代えて、下式（３８）によって、排気エネルギＨｅｘを算出してもよい。

この式（３８）において、Ｃｐは空気定圧比熱を、ＴＡは吸気温度を、Ｑｆｕｅｌは燃料発熱量を、ηｅｎｇはエンジン効率をそれぞれ表している。以上の式（３８）を用いた場合、前述した式（１）を用いた場合と比べて、排気エネルギＨｅｘの算出精度を高めることができる。また、排気エネルギＨｅｘの算出精度が低くてもよい条件下では、式（１）において、Ｋａ＝０とし、Ｈｅｘ＝Ｇａｉｒの算出式を用いてもよい。

また、第１実施形態は、オンボード同定器３５において、前述した式（１５）〜（２３）の同定アルゴリズムにより、モデルパラメータα及び外乱推定値ｃをオンボード同定した例であるが、以下に述べるように、パラメータスケジューラと適応外乱オブザーバとを組み合わせた手法によって、モデルパラメータα及び外乱推定値ｃを算出してもよい。

すなわち、パラメータスケジューラ手法を用い、モデルパラメータαを、排気エネルギＨｅｘに応じて、図１２に示すマップを検索することにより算出する。また、適応外乱オブザーバを適用し、下式（３９）〜（４１）に示す固定ゲイン式の同定アルゴリズムによって、外乱推定値ｃを算出する。

ここで、式（３９）のｅ＿ｈａｔは、誤差の推定値であり、式（４０）のｅｉｄ’は、推定誤差である。また、式（４１）のＰ’は、一定値の同定ゲインである。

以上の手法によって、モデルパラメータα及び外乱推定値ｃを算出した場合でも、第１実施形態の手法と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、過給機５の個体間のばらつきや経年変化などに起因して、制御対象モデルにおけるモデル化誤差が増大するような条件下でも、外乱推定値ｃによって、モデル化誤差を精度よく補償することができ、高い制御精度を確保することができる。

さらに、第１実施形態の制御装置１の場合、制御対象を１次遅れ特性を備えたものと見なし、制御対象モデルとして、１次遅れ系のモデル（式（３２））を用いたが、制御対象を２次遅れ特性を備えたものと見なし、以下に述べる制御アルゴリズムを用いてもよい。

まず、制御入力としてのフィードバック補正項ＤＰＢｆｂに対して、制御量としての誤差ｅが２次遅れ特性を有している制御対象を考えた場合、その制御対象モデルは、下式（４２）に示すものとなる。

この式（４２）のβ１，β２はモデルパラメータである。

この式（４２）のモデルパラメータβ１，β２及び外乱推定値ｃを離散データ化した制御対象モデルに基づき、応答指定型制御アルゴリズムを適用すると、下式（４３）〜（４６）が得られる。

また、上記式（４４），（４５）におけるモデルパラメータβ１，β２及び外乱推定値ｃは、第１実施形態と同様に、仮想制御量Ｖ及び仮想制御量の推定値Ｖ＿ｈａｔをそれぞれ下式（４７）〜（５０）に示すように定義し、仮想制御量Ｖと仮想制御量の推定値Ｖ＿ｈａｔとの誤差が最小になるように、逐次型同定アルゴリズムを適用することによって、算出することができる。

なお、前述した式（４２）の制御対象モデルの場合、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂに乗算されるモデルパラメータを（１−β１−β２）と定義し、誤差ｅがフィードバック補正項ＤＰＢｆｂに対して定常偏差を生じないように構成したが、この拘束条件を解除し、フィードバック補正項ＤＰＢｆｂに乗算されるモデルパラメータとして、独立したモデルパラメータγを用いてもよい。

また、第１実施形態は、第２入力値として、等価制御入力Ｕｅｑと到達則入力Ｕｒｃｈの和であるフィードバック補正項ＤＰＢｆｂを用いた例であるが、本発明の第２入力値はこれに限らず、等価制御入力と到達則入力の和を用いて算出される値であればよい。例えば、第２入力値としてのフィードバック補正項ＤＰＢｆｂを、等価制御入力Ｕｅｑと到達則入力Ｕｒｃｈに加えて、非線形入力Ｕｎｌをさらに加算した値Ｕｅｑ＋Ｕｒｃｈ＋Ｕｎｌとして算出してもよい。

次に、図１３を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る制御装置１Ａについて説明する。本実施形態の制御装置１Ａは、第１実施形態の制御装置１と同様の手法を用い、制御入力としての要求ＥＧＲ量ＥＧＲｒｑｒによって、制御量としてのＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔを制御するものである。なお、本実施形態の制御装置１Ａの場合、機械的な構成及び電気的な構成は、一部を除いて第１実施形態の制御装置１と同一であるので、以下、同じ構成については、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。

この制御装置１Ａは、以下に述べるように、目標ＥＧＲ開度ＶＥＧＲｃｍｄを算出するものであり、ドライバ要求ＥＧＲ量算出部４０、ＦＢ目標量算出部４１、減算器４２、応答指定型コントローラ４３、オンボード同定器４４、加算器４５、除算器４６及び目標ＥＧＲ開度算出部４７を備えている。これらの要素４０〜４７は、具体的にはＥＣＵ２によって構成されている。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、制御量検出手段、第１入力値算出手段、誤差算出手段、第２入力値算出手段、制御入力算出手段、目標値算出手段及び同定手段に相当する。

まず、ドライバ要求ＥＧＲ量算出部４０で、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、ドライバ要求ＥＧＲ量ＥＧＲｄｓｒｄを算出する。なお、本実施形態では、ドライバ要求ＥＧＲ量算出部４０が第１入力値算出手段に、ドライバ要求ＥＧＲ量ＥＧＲｄｓｒｄが第１入力値にそれぞれ相当する。

また、ＦＢ目標量算出部４１で、前述したＦＢ目標圧算出部３２と同様の手法により、ＦＢ目標量ＥＧＲｃｍｄを算出する。具体的には、ＦＢ目標量ＥＧＲｃｍｄは、前述した式（２）〜（９）において、各パラメータの「ＰＢ」を「ＥＧＲ］に置き換えた数式を用いて算出される。

すなわち、「基準ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄ＿ｂｓ」を「基準ＦＢ目標量ＥＧＲｃｍｄ＿ｂｓ」に、「ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄ」を「ドライバ要求ＥＧＲ量ＥＧＲｄｓｒｄ」に、「所定の許容幅値ＤＰＢ＿ＡＣＰ」を「所定の許容幅値ＤＥＧＲ＿ＡＣＰ」に、「許容上限値ＰＢｌｍｔ＿ａｃｐ」を「許容上限値ＥＧＲｌｍｔ＿ａｃｐ」に、「フィードバック補正項ＤＰＢｆｂ」を「フィードバック補正項ＤＥＧＲｆｂ」にそれぞれ置き換えた数式を用いて、ＦＢ目標量ＥＧＲｃｍｄが算出される。

なお、本実施形態では、ＦＢ目標量算出部４１が目標値算出手段に、ＦＢ目標量ＥＧＲｃｍｄが目標値にそれぞれ相当する。

さらに、減算器４２（誤差算出手段）で、誤差ｅ’がＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔとＦＢ目標量ＥＧＲｃｍｄとの偏差（ＥＧＲｅｓｔ−ＥＧＲｃｍｄ）として算出される。この場合、ＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔは、図示しないＥＧＲ量センサの検出信号に基づいて算出される。なお、ＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔを他のパラメータ（例えば吸気流量Ｇａｉｒや排ガスの空燃比など）に基づいて算出してもよい。

一方、応答指定型コントローラ４３で、前述した応答指定型コントローラ３４と同様の制御アルゴリズムにより、フィードバック補正項ＤＥＧＲｆｂを算出する。すなわち、フィードバック補正項ＤＥＧＲｆｂは、前述した式（１１）〜（１４）において、「フィードバック補正項ＤＰＢｆｂ」を「フィードバック補正項ＤＥＧＲｆｂ」に、「誤差ｅ」を「誤差ｅ’」にそれぞれ置き換えた式によって算出される。なお、本実施形態では、応答指定型コントローラ４３が第２入力値算出手段に、フィードバック補正項ＤＥＧＲｆｂが第２入力値にそれぞれ相当する。

また、オンボード同定器４４（同定手段）で、前述したオンボード同定器３５と同様の同定アルゴリズムにより、モデルパラメータベクトルθ’を算出する。具体的には、前述した式（１５）〜（２３）において、「モデルパラメータベクトルθ」を「モデルパラメータθ’」に、「誤差ｅ」を「誤差ｅ’」に、「フィードバック補正項ＤＰＢｆｂ」を「フィードバック補正項ＤＥＧＲｆｂ」にそれぞれ置き換えた式によって、モデルパラメータベクトルθ’が算出される。

さらに、加算器４５で、ドライバ要求ＥＧＲ量ＥＧＲｄｓｒｄにフィードバック補正項ＤＥＧＲｆｂを加算することにより、要求ＥＧＲ量ＥＧＲｒｑｒを算出する。なお、本実施形態では、加算器４５が制御入力算出手段に、要求ＥＧＲ量ＥＧＲｒｑｒが制御入力にそれぞれ相当する。

一方、除算器４６で、排気圧Ｐｅｘを吸気圧Ｐｉｎで除算することにより、圧力比ＲＰ＿ＥＧＲを算出する。この圧力比ＲＰ＿ＥＧＲは、ＥＧＲ制御弁８ｃの上流側圧力と下流側圧力の比であり、排気圧Ｐｅｘ及び吸気圧Ｐｉｎはそれぞれ、図示しない２つの圧力センサによって検出される。

そして、目標ＥＧＲ開度算出部４７で、要求ＥＧＲ量ＥＧＲｒｑｒ及び圧力比ＲＰ＿ＥＧＲに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標ＥＧＲ開度ＶＥＧＲｃｍｄを算出する。このように目標ＥＧＲ開度ＶＥＧＲｃｍｄが算出されると、これに対応する制御入力信号がＥＧＲ制御弁８ｃに供給される。それにより、制御量としてのＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔがＦＢ目標量ＥＧＲｃｍｄに追従するように制御されるとともに、ドライバ要求ＥＧＲ量ＥＧＲｄｓｒｄが定常状態となった際には、ＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔがドライバ要求ＥＧＲ量ＥＧＲｄｓｒｄになるように制御される。

この制御装置１Ａによれば、以上の制御手法によって、第１実施形態の制御装置１と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、フィードバック補正項ＤＥＧＲｆｂに含まれる等価制御入力Ｕｅｑが、特許文献２の制御手法と異なり、外乱推定値ｃ、制御量及びその目標値を変数として含むフィードフォワード制御項ではなく、モデルパラメータα、誤差ｅ’及び外乱推定値ｃを変数として含むように算出されるので、等価制御入力Ｕｅｑとドライバ要求ＥＧＲ量ＥＧＲｄｓｒｄとが互いに干渉し合うのを回避しながら、要求ＥＧＲ量ＥＧＲｒｑｒによってＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔを制御することができる。

また、外乱推定値ｃの外乱補償効果によって、応答遅れ特性を備えたＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔを、追従遅れ及びオーバーシュートの発生などを抑制しながら、精度よく制御することができる。以上により、フィードフォワード制御手法と応答指定型制御手法と外乱補償手法とを組み合わせて、応答遅れ特性を備えたＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔを制御する場合において、高い制御精度を確保することができる。

さらに、モデルパラメータα及び外乱推定値ｃをオンボードで同定することができるので、制御対象の個体間のばらつきや経年変化などに起因して、制御対象モデルにおけるモデル化誤差が増大したときでも、モデル化誤差を精度よく補償することができる。それにより、制御精度をさらに向上させることができる。

また、エンジン３のＥＧＲ装置８によって変更されるＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔの場合、ＥＧＲ制御弁８ｃの動作精度及び応答性が低いことと、還流ガスが吸気系に還流されるのに時間を要することなどに起因して、制御入力である要求ＥＧＲ量ＥＧＲｒｑｒに対する応答遅れが極めて大きいのが一般的である。これに対して、この制御装置１Ａによれば、そのような応答遅れの極めて大きいＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔを、フィードフォワード制御手法と応答指定型制御手法と外乱補償手法とを組み合わせて制御する場合において、高い制御精度を確保することができ、その商品性を向上させることができる。

なお、第２実施形態は、ＥＧＲ量ＥＧＲｅｓｔを制御量として用いた例であるが、これに代えて、ＥＧＲ率を制御量として用いてもよい。

次に、図１４を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る制御装置１Ｂについて説明する。本実施形態の制御装置１Ｂは、第１実施形態の制御装置１と同様の手法を用い、制御入力としての要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｒｑｒによって、制御量としてのＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔを制御するものである。なお、本実施形態の制御装置１Ｂの場合、機械的な構成及び電気的な構成は、一部を除いて第１実施形態の制御装置１と同一であるので、以下、同じ構成については、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。

この制御装置１Ｂは、以下に述べるように、要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｒｑｒを算出するものであり、ドライバ要求ＮＨ３スリップ量算出部５０、ＦＢ目標量算出部５１、減算器５２、応答指定型コントローラ５３、オンボード同定器５４、ＮＯｘ浄化用ＮＨ３量算出部５５、加算器５６及びユリア噴射量算出部５７を備えている。これらの要素５０〜５７は、具体的にはＥＣＵ２によって構成されている。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、制御量検出手段、第１入力値算出手段、誤差算出手段、第２入力値算出手段、制御入力算出手段、目標値算出手段及び同定手段に相当する。

まず、ドライバ要求ＮＨ３スリップ量算出部５０で、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、ドライバ要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｄｓｒｄを算出する。このドライバ要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｄｓｒｄは、尿素ＳＣＲ装置１０の選択還元触媒１２におけるアンモニア貯蔵量がその最大値になると推定されるような値に設定される。これは、本出願人が特許第５２５０５８９号公報に記載したように、選択還元触媒１２のアンモニア貯蔵量が最大値になっているときに、選択還元触媒１２によるＮＯｘ浄化率がその最大値を示すことによる。

なお、本実施形態では、ドライバ要求ＮＨ３スリップ量算出部５０が第１入力値算出手段に、ドライバ要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｄｓｒｄが第１入力値にそれぞれ相当する。

また、ＦＢ目標量算出部５１で、前述したＦＢ目標圧算出部３２と同様の手法により、ＦＢ目標量ＮＨ３ｃｍｄを算出する。具体的には、ＦＢ目標量ＮＨ３ｃｍｄは、前述した式（２）〜（９）において、各パラメータの「ＰＢ」を「ＮＨ３］に置き換えた数式を用いて算出される。

すなわち、「基準ＦＢ目標圧ＰＢｃｍｄ＿ｂｓ」を「基準ＦＢ目標量ＮＨ３ｃｍｄ＿ｂｓ」に、「ドライバ要求過給圧ＰＢｄｓｒｄ」を「ドライバ要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｄｓｒｄ」に、「所定の許容幅値ＤＰＢ＿ＡＣＰ」を「所定の許容幅値ＤＮＨ３＿ＡＣＰ」に、「許容上限値ＰＢｌｍｔ＿ａｃｐ」を「許容上限値ＮＨ３ｌｍｔ＿ａｃｐ」に、「フィードバック補正項ＤＰＢｆｂ」を「フィードバック補正項ＤＮＨ３ｆｂ」にそれぞれ置き換えた数式を用いて、ＦＢ目標量ＮＨ３ｃｍｄが算出される。

なお、本実施形態では、ＦＢ目標量算出部５１が目標値算出手段に、ＦＢ目標量ＮＨ３ｃｍｄが目標値にそれぞれ相当する。

さらに、減算器５２（誤差算出手段）で、誤差ｅ”がＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔとＦＢ目標量ＮＨ３ｃｍｄとの偏差（ＮＨ３ａｃｔ−ＮＨ３ｃｍｄ）として算出される。

一方、応答指定型コントローラ５３で、前述した応答指定型コントローラ３４と同様の制御アルゴリズムにより、フィードバック補正項ＤＮＨ３ｆｂを算出する。すなわち、フィードバック補正項ＤＮＨ３ｆｂは、前述した式（１１）〜（１４）において、「誤差ｅ」を「誤差ｅ”」に置き換えた式によって算出される。なお、本実施形態では、応答指定型コントローラ５３が第２入力値算出手段に、フィードバック補正項ＤＮＨ３ｆｂが第２入力値にそれぞれ相当する。

また、オンボード同定器５４（同定手段）で、前述したオンボード同定器３５と同様の同定アルゴリズムにより、モデルパラメータベクトルθ”を算出する。具体的には、前述した式（１５）〜（２３）において、「モデルパラメータベクトルθ」を「モデルパラメータθ”」に、「誤差ｅ」を「誤差ｅ”」に、「フィードバック補正項ＤＰＢｆｂ」を「フィードバック補正項ＤＮＨ３ｆｂ」にそれぞれ置き換えた式によって、モデルパラメータベクトルθ”が算出される。

さらに、ＮＯｘ浄化用ＮＨ３量算出部５５で、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧Ｐｉｎなどの運転パラメータに応じて、ＮＯｘ浄化用ＮＨ３量ＮＨ３ｎｏｘを算出する。このＮＯｘ浄化用ＮＨ３量ＮＨ３ｎｏｘは、今回の制御タイミングにおいてエンジン３から排出される排ガス中のＮＯｘを、選択還元触媒１２で還元するのに必要なアンモニア量に相当する。

そして、加算器５６で、ドライバ要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｄｓｒｄにフィードバック補正項ＤＮＨ３ｆｂ及びＮＯｘ浄化用ＮＨ３量ＮＨ３ｎｏｘを加算することにより、要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｒｑｒを算出する。なお、本実施形態では、加算器５６が制御入力算出手段に、要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｒｑｒが制御入力にそれぞれ相当する。

また、ユリア噴射量算出部５７で、要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｒｑｒに応じて、図示しないマップを検索することにより、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを算出する。このようにユリア噴射量Ｇｕｒｅａが算出されると、これに対応する制御入力信号が尿素ＳＣＲ装置１０のユリア噴射弁１１に供給される。それにより、ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔがＦＢ目標量ＮＨ３ｃｍｄに追従するように制御されるとともに、ドライバ要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｄｓｒｄが定常状態となった際には、ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔがドライバ要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｄｓｒｄになるように制御される。

なお、本実施形態では、排ガス濃度センサ２５が制御量検出手段に、ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔが制御量にそれぞれ相当する。

この制御装置１Ｂによれば、以上の制御手法によって、第１実施形態の制御装置１と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、フィードバック補正項ＤＮＨ３ｆｂに含まれる等価制御入力Ｕｅｑが、特許文献２の制御手法と異なり、外乱推定値ｃ、制御量及びその目標値を変数として含むフィードフォワード制御項ではなく、モデルパラメータα、誤差ｅ”及び外乱推定値ｃを変数として含むように算出されるので、等価制御入力Ｕｅｑとドライバ要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｄｓｒｄとが互いに干渉し合うのを回避しながら、制御入力である要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｒｑｒによってＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔを制御することができる。

また、外乱推定値ｃの外乱補償効果によって、応答遅れ特性を備えたＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔを、追従遅れ及びオーバーシュートの発生などを抑制しながら、精度よく制御することができる。以上により、フィードフォワード制御手法と応答指定型制御手法と外乱補償手法とを組み合わせて、応答遅れ特性を備えたＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔを制御する場合において、高い制御精度を確保することができる。

さらに、モデルパラメータα及び外乱推定値ｃをオンボードで同定することができるので、制御対象の個体間のばらつきや経年変化などに起因して、制御対象モデルにおけるモデル化誤差が増大したときでも、そのモデル化誤差を精度よく補償することができる。それにより、制御精度をさらに向上させることができる。

また、一般に、エンジン３の排ガス中のＮＯｘを尿素及びアンモニアの一方である還元剤の存在下で浄化する選択還元触媒１２において、これを通り抜けるアンモニア量であるＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔは、制御入力である要求ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ｒｑｒに対して応答遅れが極めて大きく、それに起因して、選択還元触媒１２におけるＮＯｘ浄化率の低下や選択還元触媒を通り抜けるアンモニア量が増大し、排ガスの臭気が増大するおそれがある。これに対して、この制御装置１Ｂによれば、そのような応答遅れの極めて大きいＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔを、フィードフォワード制御手法と応答指定型制御手法と外乱補償手法とを組み合わせて制御する場合において、高い制御精度を確保することができる。それにより、選択還元触媒１２において、高いＮＯｘ浄化率を確保でき、選択還元触媒１２を通り抜けるアンモニア量を抑制できるとともに、排ガスの臭気を低減することができる。その結果、商品性を向上させることができる。

なお、第３実施形態は、ＮＨ３スリップ量ＮＨ３ａｃｔを制御量として用いた例であるが、これに代えて、選択還元触媒１２を通り抜けたアンモニアの濃度を制御量として用いてもよい。

また、以上の第１〜第３実施形態は、本発明の制御装置を車両用の内燃機関３における過給機５、ＮＨ３装置８及び尿素ＳＣＲ装置１０にそれぞれ適用した例であるが、本発明の制御装置は、これに限らず、応答遅れ特性を備えた制御対象に適用可能である。例えば、本発明の制御装置を、船舶用の内燃機関における過給機に適用してもよく、石油プラント／水処理プラントなどのプラント装置や、油圧駆動系／水圧駆動系を備えた産業機器などに適用してもよい。

１ 制御装置
１Ａ 制御装置
１Ｂ 制御装置
２ ＥＣＵ（制御量検出手段、第１入力値算出手段、誤差算出手段、第２入力値算出 手段、制御入力算出手段、目標値算出手段、同定手段）
３ 内燃機関
５ 過給機
８ ＥＧＲ装置
１０ 尿素ＳＣＲ装置
１２ 選択還元触媒
２２ 過給圧センサ（制御量検出手段）
２５ 排ガス濃度センサ（制御量検出手段）
３１ ドライバ要求過給圧算出部（第１入力値算出手段）
３２ ＦＢ目標圧算出部（目標値算出手段）
３３ 減算器（誤差算出手段）
３４ 応答指定型コントローラ（第２入力値算出手段）
３５ オンボード同定器（同定手段）
３６ 加算器（制御入力算出手段）
４０ ドライバ要求ＥＧＲ量算出部（第１入力値算出手段）
４１ ＦＢ目標量算出部（目標値算出手段）
４２ 減算器（誤差算出手段）
４３ 応答指定型コントローラ（第２入力値算出手段）
４４ オンボード同定器（同定手段）
４５ 加算器（制御入力算出手段）
５０ ドライバ要求ＮＨ３スリップ量算出部（第１入力値算出手段）
５１ ＦＢ目標量算出部（目標値算出手段）
５２ 減算器（誤差算出手段）
５３ 応答指定型コントローラ（第２入力値算出手段）
５４ オンボード同定器（同定手段）
５６ 加算器（制御入力算出手段）
ＰＢａｃｔ 実過給圧（制御量、過給圧）
ＰＢｒｑｒ 要求過給圧（制御入力）
ＰＢｄｓｒｄ ドライバ要求過給圧（第１入力値）
ｅ 誤差
ＤＰＢｆｂ フィードバック補正項（第２入力値）
ｃ 外乱推定値
Ｕｅｑ 等価制御入力
Ｕｒｃｈ 到達則入力
ＰＢｃｍｄ ＦＢ目標圧（目標値）
ＥＧＲｅｓｔ ＥＧＲ量（制御量）
ＥＧＲｒｑｒ 要求ＥＧＲ量（制御入力）
ＥＧＲｄｓｒｄ ドライバ要求ＥＧＲ量（第１入力値）
ｅ’ 誤差
ＤＥＧＲｆｂ フィードバック補正項（第２入力値）
ＥＧＲｃｍｄ ＦＢ目標量（目標値）
α モデルパラメータ
Ｖ 仮想制御量
Ｖ＿ｈａｔ 仮想制御量の推定値
β１ モデルパラメータ
β２ モデルパラメータ
ＮＨ３ａｃｔ ＮＨ３スリップ量（制御量）
ＮＨ３ｒｑｒ 要求ＮＨ３スリップ量（制御入力）
ＮＨ３ｄｓｒｄ ドライバ要求ＮＨ３スリップ量（第１入力値）
ｅ” 誤差
ＤＮＨ３ｆｂ フィードバック補正項（第２入力値）
ＮＨ３ｃｍｄ ＦＢ目標量（目標値）

Claims (6)

1. 応答遅れ特性を備えた制御対象の制御量を制御入力によって制御する制御装置であって、
   前記制御量を検出する制御量検出手段と、
   当該制御量をフィードフォワード制御するための第１入力値を、所定のフィードフォワード制御アルゴリズムを用いて算出する第１入力値算出手段と、
   前記第１入力値及び前記制御量を用いて誤差を算出する誤差算出手段と、
   当該誤差と第２入力値と外乱推定値との関係を定義した離散時間系モデル及び所定の応答指定型制御アルゴリズムを用い、前記外乱推定値及び前記誤差を変数として含む等価制御入力と到達則入力とを算出し、当該等価制御入力と当該到達則入力の和を用いて、第２入力値を算出する第２入力値算出手段と、
   前記第１入力値と前記第２入力値の和を用いて、前記制御入力を算出する制御入力算出手段と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記誤差算出手段は、
   前記第１入力値に対する前記制御量の応答遅れ特性を反映させた値として、目標値を算出する目標値算出手段を有し、
   前記誤差を当該目標値と前記制御量との間の偏差として算出することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記離散時間系モデルを整理し、前記離散時間系モデルのモデルパラメータが乗算されていない項を左辺に置き、当該モデルパラメータが乗算されている項と前記外乱推定値を右辺に置いた状態で、当該左辺を仮想制御量とし、当該右辺を仮想制御量の推定値としたときに、当該仮想制御量と当該仮想制御量の推定値との誤差が最小になるように、前記モデルパラメータ及び前記外乱推定値をオンボードで同定する同定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記制御量は、内燃機関の過給機によって変更される過給圧であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御装置。
5. 前記制御量は、内燃機関のＥＧＲ装置によって変更されるＥＧＲ量及びＥＧＲ率の一方であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御装置。
6. 前記制御量は、内燃機関の排ガス中のＮＯｘを尿素及びアンモニアの一方である還元剤の存在下で浄化する選択還元触媒を通り抜けたアンモニアの濃度及び量の一方であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御装置。

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