JP3231894B2 - 機器の制御装置 - Google Patents

機器の制御装置

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JP3231894B2
JP3231894B2 JP13667193A JP13667193A JP3231894B2 JP 3231894 B2 JP3231894 B2 JP 3231894B2 JP 13667193 A JP13667193 A JP 13667193A JP 13667193 A JP13667193 A JP 13667193A JP 3231894 B2 JP3231894 B2 JP 3231894B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は機器の制御装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】最近では、機器を実際に動かすことなく
機器に対する制御の評価を行なうため、機器をモデル化
して、このモデル化された機器モデルと、機器に対する
制御ロジックと同一の制御ロジックからなる制御モデル
とを組み合わせることが提案されている(特開平4−1
59439号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近では、
機器とこれに対して実際に制御を行なう実制御系に加え
て、上述した機器モデルを利用したシュミレ−ションシ
ステムを設けて、シュミレ−ション結果を実制御系に反
映させることにより、機器の実際の制御がより良好に行
なわれるようにすることが考えられている。
【0004】しかしながら、実際の機器は、その固体差
や経年変化等によって、常に同じ動特性を示すものとは
限らない。したがって、シュミレ−ションにより得た結
果を実制御系に反映させても、実際の機器とその機器モ
デルとの相違によって、機器の実際の制御が必ずしも良
好に行なわれない場合が応々にして生じ易いものとな
る。
【0005】したがって、本発明の目的は、機器モデル
を実際の機器の動特性に常に合致するようにして、機器
に対する制御がより良好に行なえるようにした機器の制
御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にあっては次のような構成としてあるが、機
器つまり機器モデルとしては、エンジンとしてある。
【0007】機器と機器に対して実際に制御を行なう実
制御系とを備えた機器の制御装置において、機器の入力
と出力との対応関係に基づいて機器の動特性をモデル化
した機器モデルと、前記実制御系による機器の制御中に
該実制御系と同一の制御ロジックでもって前記機器モデ
ルを制御して、機器の入力と出力との対応関係に対して
該機器モデルにおける入力と出力との対応関係が一致す
るように該機器モデルの動特性を調整する同定手段と、
前記機器モデルを制御して所定のシュミレ−ションを行
なうシュミレ−ション手段と、前記シュミレ−ション手
段によるシュミレ−ションによって得られた評価結果を
前記実制御系に反映させる制御反映手段と、を備え、前
記機器モデルが実際のエンジンに対応したものとして設
定されて、該機器モデルの動特性として、発生トルクの
大きさに関連したトルク関連用パラメータと、制御入力
に対する実際の出力の遅れに関する遅れ関連用パラメー
タとが設定され、前記同定手段は、前記トルク関連用パ
ラメータと遅れ関連用パラメータのうち、定常運転時に
は該トルク関連用パラメータの調整のみを行い、過渡運
転時には遅れ関連用パラメータの調整のみを行うように
設定されている、ような構成としてある。
【0008】
【発明の効果】
【0009】本発明によれば、固体差や経年変化等によ
る機器の動特性の相違あるいは変化を、同定手段による
機器モデルの動特性の調整によって補償して、機器モデ
ルを利用して得たシュミレ−ション結果を実際の機器を
用いてシュミレ−ションした結果と同じように常に適切
なものとして、このシュミレ−ションの結果が反映され
た実制御系による機器の制御をより適切なものとするこ
とができる。
【0010】また、定常運転時には、入力に対する出力
の遅れというものはさほど問題がない一方、エンジン発
生トルクの変動は運転性に大きな影響を与えることを勘
案して、機器モデルの動特性のうちもっぱら発生トルク
に関連したパラメータの同定を行って、良好な運転性を
確保する上で好ましいものとなる。
【0011】また、過渡運転時には、応答性という観点
から入力に対する出力の遅れというものが大きな問題と
なることを勘案して、機器モデルの動特性のうちもっぱ
ら遅れに関連したパラメータの同定を行って、応答性の
点について十分満足のいくものとなる。
【0012】さらに、定常運転時と過渡運転時とで調整
するパラメータを分けることにより、全てのパラメータ
を同時に調整する必要がなく、同定速度の向上の上で好
ましいものとなる。
【0013】
【実施例】以下本発明の実施例を添付した図面に基づい
て説明する。なお、実施例では、アイドル回転数制御
(ISC)とされて、制御対象となる機器が吸入空気量
調整用のISCバルブとされている。
【0014】図1において、1はエンジンの吸気通路
で、その上流側から下流側へ順次、エアクリ−ナ2、エ
アフロ−メ−タ3、スロットル弁4が配設されている。
吸気通路1には、スロットル弁4をバイパスするバイパ
ス通路6が設けられ、このバイパス通路6には、アイド
ル回転数調整手段としてISCバルブ7が接続されてい
る。
【0015】ISCバルブ7は、バイパス通路6を通過
する吸入空気量を調整してアイドル回転数を調整するた
めのもので、電磁式のアクチュエ−タ5によってその開
度が連続可変式に制御されるようになっている。すなわ
ち、アクセル開度が零でかつエンジン回転数が所定回転
数以下となったアイドル運転中は、エンジン回転数が目
標アイドル回転数(例えば700rpm)となるよう
に、ISCバルブ7が制御される。このISCバルブ7
つまりアクチュエ−タ5を制御するための制御ユニット
が符号Uで示され、この制御ユニットUによる制御のた
めに用いられる信号をピックアップするセンサあるいは
スイッチ群がまとめて符号Sで示される。制御ユニット
Uからアクチュエ−タ5への出力値は、目標アイドル回
転数とするための制御値としてのデュ−ティ比とされ
る。
【0016】図2は、制御ユニットUにおける制御内容
をブロック図的に示したものであり、図中実機エンジン
として示される符号21A部分を除いた各部分が含まれ
るものとなっている。この図2において、大別して、符
号U1で示すものが実際のエンジン21Aを制御する実
制御系であり、符号U2で示すものが実際のエンジン2
1Aに対応した機器モデル21Bに対する制御を行なう
モデル制御系である。
【0017】実制御系U1は、フィ−ドバック制御用の
積分回路22Aと、現代制御の主たる構成要素となるオ
ブザ−バ回路23Aとを備えている。実制御系U1に
は、目標アイドル回転数NTが入力されて、減算器24
Aによって、当該NTと実際のエンジン回転数(アイド
ル回転数)NE1との偏差が積分回路22Aに入力され
る。
【0018】オブザ−バ回路23Aは、実際のエンジン
回転数NE1と実機エンジン21Aに対する入力値つま
りアクチュエ−タ5に対するデュ−ティ比とに基づい
て、所定の制御値を演算する。そして、オブザ−バ回路
23Aで演算された制御値と積分回路22Aからの出力
値との偏差が減算器24Aで演算されて、この演算結果
が、実機エンジン21Aに対する入力値とされる(オブ
ザ−バ回路23Aに対する入力値とされる)。
【0019】一方、モデル制御系U2は、実機エンジン
の動特性をモデル化した機器モデル(ハ−ドモデル)2
1Bを制御する。この機器モデル21Bは、実機エンジ
ン21Aの入力値に対する出力値との対応関係に基づい
て設定されて、実機エンジン21Aの動特性と完全に一
致している状態では、同じ入力値に対して同じ出力値と
なるように設定されている。この機器モデル21Bに対
するモデル制御系U2は、制御系U1と同じ制御ロジッ
クとなるように設定されていて、制御系U1における構
成要素と対応する構成要素には、制御系U1における符
号「A」に代えて「B」の符号を用いて示してある。そ
して、制御系U1とU2とにおける入力値としての目標
アイドル回転数はNTとして共通化され、実制御系U1
における出力値は実機エンジン21Aにおけるエンジン
回転数NE1とされ、モデル制御系U2における出力値
は演算されたエンジン回転数NE2とされる。
【0020】上記両制御系U1、U2は、管理回路26
により管理されて、後述するように、機器モデル21B
の動特性を調整する同定、シュミレ−ションによる実制
御系U1の制御定数の最適化や制御ロジックの最適化が
行なわれる。このため、機器モデル21Bの動特性を調
整する同定回路28、実制御系U1の制御定数を調整す
る調整回路27が設けられて、両回路27と28とは管
理回路26の制御下において作動される。
【0021】図3は、図2における機器モデル21Bの
具体例を示すものである。回路R3は、エンジン発生ト
ルクの大きさを得るためのもので、このためのパラメ−
タとして、充填量Q、燃料噴射量TP、点火時期IGが
用いられる。この回路R3で用いられる充填量Qを得る
ために、回路R1、R2、R4での各処理が行なわれる
が、回路R1でのTVOはスロットル開度、回路R2で
のDutyはアクチュエ−タ5へのデュ−ティ比を示す。
回路R1とR2からの出力同士は、加算器R8により加
算された後、回路R4での遅れ処理がなされた後、充填
量Qとして回路R3へ出力される。
【0022】また、回路R6は、エンジンの損失トルク
を示すもので、充填効率、ポンピングロスデ−タが含ま
れる。この回路R6での損失トルクTHが、回路R3で
演算されたトルクから減算器R9により減算されて、こ
の減算された後のトルクTが回路R7に入力される。回
路R7では、ここに示す式にしたがって、モデル制御系
U2におけるエンジン回転数NE2を演算する。なお、
R7で示す式中において、IおよびKは制御定数であ
る。
【0023】図2に示すモデル制御系U2における回路
22B、23Bの各特性式が、図4に示される。この図
4において、「i」はサフィックスであり、KIは積分
回路22Bの制御定数(積分定数)、K1〜K7はオブ
ザ−バ回路23Bの制御定数である。オブザ−バ回路2
3Bの特性式では、出力値NE(NE2)の今回値と前
回値、およびアクチュエ−タ5に対するデュ−ティ比の
うち前回値から5回前までの値が用いられて、合計7つ
の値が演算用パラメ−タとして用いられる。
【0024】ここで、実制御系U1における回路22
A、23Aにおける特性式は、図4に示す回路22B、
23Bの特性式と同じように設定されている(回路22
B、23Bの特性式が、回路22A、23Aに合せて設
定されている)。
【0025】制御ユニットUは、マイクロコンピュ−タ
を利用して、図2における実制御系U1とU2および回
路26と27を含むものとして構成されており、以下そ
の制御内容について、図5〜図8に示すフロ−チャ−ト
を参照しつつ説明する。なお、図5〜図8では、本発明
の必須要件となる機器モデル21Bの動特性調整(同
定)の他に、この機器モデル21Bを利用したシュミレ
−ションおよびその結果を実制御系U1に反映させる制
御をも含んでおり、シュミレ−ションは、実制御系U1
の制御定数最適化のためのものとされている。さらに、
後述する制御は、車両の停車中であることを前提に行な
われるものとなっている。
【0026】先ず、図5のZ51において、後述する機
器モデル21Bの動特性を実際のエンジンの動特性と合
致するように調整する同定が行なわれ、次いでZ52に
おいて、シュミレ−ションおよびその結果の実制御系U
1への反映の制御が行なわれる。
【0027】図5のZ51の内容が、図6に示される。
この図6において、Z31において、実機エンジン21
Aに対して多くの入力が変化しているか否かが判別され
る。具体的には、スロットル開度の変化量が所定値以上
で、アクチュエ−タ5へ出力されているデュ−ティ比の
変化量を示すDFBの変化量が所定値以上で、かつ目標回
転数NTの変化量が所定値以上であるという3つの条件
が満足されているときは、多入力変化中ということで、
Z31の判別がNOとなって、このときは同定を行なう
ことなくそのままリタ−ンされる。
【0028】Z31の判別でNOのときは、Z32にお
いて、定常時におけるエラ−つまり定常運転状態におけ
る実機エンジン21Aと機器モデルとの一致度合を示す
評価値Hiが小さいか否かが判別される。この評価値H
iは、後述するように、小さいときに一致度合が高いも
のとなる。このZ32の判別でNOのときのときは、Z
33において、現在実機エンジン21Aが定常運転中で
あるか否かが判別される。このZ33の判別でYESの
ときは、Z34〜Z37の処理によって、定常運転時に
おける機器モデル21Bの同定が行なわれる。この定常
運転時における同定は、図2に示す回路R1、R2、R
3における時定数等の制御定数を最適化することにより
行なわれる。
【0029】Z34では、回路R1〜R3用の制御定数
が実研計画法マップから、1番からn番までの記憶され
ている組み合わせの中から1つの組合せが選択される。
次いで、Z35において、選択されたi番目(i=1〜
n)の組み合わせに基づく作動により得られるモデル制
御系U2の出力値NE2と実制御系U1の出力値NE1
との偏差の絶対値を2乗したものを所定時間積分して、
i番目の積分定数についてのエラ−度合を示す評価値H
iが決定される。なお、この評価値Hiは、前述したよ
うに小さいほど好ましいものとなる。
【0030】Z35での評価値Hiを、上記1番目から
n番目までについて順次求めて、その結果がZ36にお
いてH1 〜Hn として記憶される。この後、Z37にお
いて、Z36に記憶されている評価値H1 〜Hnのなか
から最少の評価値を示すこととなった制御定数が、機器
モデル21Bの回路R1〜R3用の制御定数として用い
られる(変更される)。
【0031】前記Z32の判別でNOのときは、Z38
において、実機エンジン21Aの運転状態が過渡時であ
るか否かが判別される。具体的には、エンジン回転数N
E1の変化量が所定値以上のとき、またはDFBの変化量
が所定値以上のときにZ38の判別がYESとなって、
このときは、Z39〜Z42の処理によって、過渡時に
おける機器モデル21Bの同定が行なわれる。この過渡
時における同定は、図2の回路R4とR5との制御定数
を最適化することになる。なお、この最適化の手法は、
実質的に前記定常時と同じように行なわれるので、その
重複した説明は省略する。
【0032】前記Z33の判別でNOのとき、あるいは
Z38の判別でNOのときは、それぞれ同定を行なうこ
となくリタ−ンされる。なお、Z33の判別でNOのと
きに、Z38へ移行させることも考えられるが、実施例
では、定常運転時において大きな影響を与える回路R1
〜R3用の制御定数の同定を優先するため(先に同定す
るため)、Z33の判別でNOのときはそのままリタ−
ンさせるようにしてある。
【0033】図5のZ52の内容が、図7、図8に示さ
れる。先ず、図7のZ1において、実際のエンジン回転
数NE1が所定回転数NBよりも大きいか否かが判別さ
れる。このZ1の判別でYESのときは、Z2におい
て、パルス発生器を利用してフラグのセット、リセット
がなされる。すなわち、1分経過毎に1秒間だけフラグ
が1にセットされ、それ以外はフラグは0にリセットさ
れた状態とされる。Z2の後、Z3において、フラグが
1であるか否かが判別される。Z3の判別でYESのと
きのときは、目標アイドル回転数NTに所定回転数α
(α>0で、例えば50〜100rpm)を加算して、
ステップ状に所定期間だけ目標アイドルNTを大きくす
る。この後、Z5において、後述するように、実制御系
U1とU2との各出力値NE1とNE2とを一致させる
ための最適な制御定数の選択がなされる。
【0034】Z1の判別でNOのときは、Z6におい
て、Z5で選択された最適な制御定数となるように、実
制御系U1における制御定数が変更される。なお、Z1
の処理は、回転が高くて運転者の回転変化に対する感度
が低くかつエンストのおそれがないためであることの確
認である。
【0035】前記Z5における詳細が、図8に示され
る。この図8のZ11において、積分回路22B用の制
御定数KIの最適化が終了したか否かが判別されるが、
当初はこの判別がNOとなってZ12へ進む。Z12で
は、実験計画法マップより、積分定数KIについて、1
番からn番までの記憶されている設定値の中からいずれ
か1つの設定値が選択される。次いで、選択されたi番
目(i=1〜n)の設定値に基づく作動により得られる
モデル制御系U2の出力値NE2と実制御系U1の出力
値NE1との偏差の絶対値を2乗したものを所定時間積
分して、i番目の積分定数についてのエラ−度合を示す
評価値HEiが決定される。なお、この評価値HEi
は、小さいほど好ましいものとなる。
【0036】Z13での評価値HEを、上記1番目から
n番目まで積分定数について順次求めて、その結果がZ
14においてHE1 〜HEn として記憶される。この
後、Z15において、Z14に記憶されている評価値H
E1 〜HEnのなかから最少の評価値を示すこととなっ
た積分定数KIが選択、セットされる。勿論、このZ1
5において選択、セットされた積分定数KIが、図5の
Z6において用いられる。つまり、Z15で選択、セッ
トされた積分定数が、実制御系U1における積分回路2
2Aでの積分定数として利用されることになる。
【0037】Z11の判別でYESのときは、Z16に
おいて、Z15で選択、セットされたエラ−度合を示す
評価値HEが、所定値よりも大きいか否かが判別され
る。このZ16の判別でYESのときは、積分回路22
Aにおける積分定数KIの最適化のみでは十分な評価が
得られないときなので、このときは、Z17以降の処理
を行なって、オブザ−バ回路23Aについての制御定数
の最適化がなされる。このZ17〜Z20の処理は、制
御定数が異なるのでみでZ12〜Z15の処理と同様に
して行なわれるので、その重複した説明は省略する。勿
論、Z20で選択、セットされた制御定数K1〜K7
が、図5のZ5において、オブザ−バ回路23A用の制
御定数として用いられることになる。Z16の判別でN
Oのときは、そのままリタ−ンされる。
【0038】図9〜図12は本発明の他の実施例を示す
ものである。本実施例では、モデル制御系U1における
制御ロジックとして、前述した図2に示すものの他に、
図9あるいは図10に示す制御ロジックを用意して、こ
の中からいずれか1つの制御ロジックをシュミレ−ショ
ンにより選択して、この選択された制御ロジックを実制
御系U1での制御ロジックとして用いるようにしてあ
る。
【0039】図9に示す制御ロジックは、既知のように
PID制御によるフィ−ドバック制御であり、図10に
示す制御ロジックは、既知のようにI−PD制御による
フィ−ドバック制御であり、両方共にオブザ−バ回路2
3Bを有しないものとなっている。なお、図9、図10
に示す制御ロジックの図2における位置付けは、当該図
2の示す制御系統に対する接続関係は符号a〜eをもっ
て示される。各制御ロジックを区別するため、以下の説
明では、図2に示すものを制御ロジックA、図9に示す
ものを制御ロジックB、図10に示すものを制御ロジッ
クCと呼ぶこととする。
【0040】以上のことを前提として、図11に示すフ
ロ−チャ−トにおいて、Z61において前述したように
機器モデル21Bの同定が行なわれた後、Z62〜Z6
4において、各制御ロジックA〜Cについてそれぞれ、
その制御定数の最適化と共に評価が行なわれる。この
後、Z65において、各制御ロジックA〜Cについてそ
れぞれ、もっとも優れた評価を示すものが選出される。
そしてZ66において、もっとも優れた評価を示す最適
化制御ロジックと、そのときの制御定数が、実制御系U
1用として設定される。なお、Z65、Z66について
は、図12との関係で後述する。
【0041】図11のZ62の内容が、図12に示され
る。この図12のうち、Z71は図7のZ1に対応し、
Z72〜Z74は図8のZ12〜Z14(Z17〜Z1
9)に対応し、Z75はZ15(Z20)に対応するの
で、その重複した説明は省略する。ただし、図12の場
合は、KIおよびK1〜K7の最適化が同時になされる
点で異なり、またZ75では、図11のZ65での処理
のために、最少評価Heとそのときの制御定数が記憶さ
れる。ただし、Z73での評価値Heiは、モデル制御
系U2における入力値(目標回転数NT)と出力値(演
算目標回転数NE2)との偏差の2乗を、Z13で示す
ように積分することにより得られる。つまり、Z73で
は、Z13での「NE1−NE2」に代えて、「NT−
NE2」が用いられる。
【0042】図11のZ63の内容は、Z62の場合に
比して対象となる制御ロジックおよびその制御定数(比
例項、積分項、微分項)が異なるのみである。同様に、
図11のZ64の内容も、Z62の場合に比して対象と
なる制御ロジックおよび制御定数が異なるのみである。
【0043】前述した図11のZ65の内容は、各制御
ロジックについて得られたベスト評価を示す記憶値(図
12のZ75に相当する記憶値で、実施例では合計3つ
の制御ロジックがあるので、記憶値は3つとなる)のな
かから、最少Heを示す記憶値に対応した制御ロジック
を選出することとなる。そして、図11のZ66の内容
は、Z65で選出された制御ロジックとその制御定数と
を、実制御系U1用として設定することとなる。
【0044】以上実施例について説明したが、本発明
は、機器モデルがエンジンに対応したものであれば、ア
イドル回転数制御のみならず、空燃比制御や過給圧制御
等適宜のエンジン制御に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるアイドル回転数調整部分を
示す図。
【図2】本発明が適用された制御系統をブロック図的に
示す図。
【図3】実機エンジンに対応した機器モデルの一例を示
す図。
【図4】モデル制御系系における制御特性式の設定例を
示す図。
【図5】本発明の制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図6】本発明の制御例を示すフロ−チャ−トで、機器
モデルの同定を行なう部分を示すもの。
【図7】本発明の制御例を示すもので、シュミレ−ショ
ンの一例を示すもの。
【図8】本発明の制御例を示すもので、シュミレ−ショ
ンの一例を示すもの。
【図9】複数制御ロジックのうち、図2に示される制御
ロジックとは別の制御ロジックを示すもの。
【図10】複数制御ロジックのうち、図2、図9に示さ
れる制御ロジックとは別の制御ロジックを示すもの。
【図11】制御ロジックの選択、変更のための制御例を
示すフロ−チャ−ト。
【図12】制御ロジック選択、変更のための制御例を示
すフロ−チャ−ト。
【符号の説明】
1:吸気通路 7:ISCバルブ(アイドル回転数調整用) 5:アクチュエ−タ 21A:実機エンジン(機器) 21B:機器モデル 26:管理回路 27:調整回路(制御定数変更用) 28:同定回路 U:制御ユニット U1:実制御系 U2:モデル制御系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−69702(JP,A) 特開 昭64−32301(JP,A) 特開 平2−301805(JP,A) 松村司郎、外2名、「シミュレーショ ンモデルによる蒸気温度制御系の調整支 援」、計装、有限会社工業技術社、平成 4年10月1日、第35巻、第10号(通巻 419号)、P.35−39 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 11/00 - 13/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機器と機器に対して実際に制御を行なう実
    制御系とを備えた機器の制御装置において、 機器の入力と出力との対応関係に基づいて機器の動特性
    をモデル化した機器モデルと、 前記実制御系による機器の制御中に該実制御系と同一の
    制御ロジックでもって前記機器モデルを制御して、機器
    の入力と出力との対応関係に対して該機器モデルにおけ
    る入力と出力との対応関係が一致するように該機器モデ
    ルの動特性を調整する同定手段と、 前記機器モデルを制御して所定のシュミレ−ションを行
    なうシュミレ−ション手段と、 前記シュミレ−ション手段によるシュミレ−ションによ
    って得られた評価結果を前記実制御系に反映させる制御
    反映手段と、 を備え、 前記機器モデルが実際のエンジンに対応したものとして
    設定されて、該機器モデルの動特性として、発生トルク
    の大きさに関連したトルク関連用パラメータと、制御入
    力に対する実際の出力の遅れに関する遅れ関連用パラメ
    ータとが設定され、 前記同定手段は、前記トルク関連用パラメータと遅れ関
    連用パラメータのうち、定常運転時には該トルク関連用
    パラメータの調整のみを行い、過渡運転時には遅れ関連
    用パラメータの調整のみを行うように設定されている、 ことを特徴とする機器の制御装置。
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松村司郎、外2名、「シミュレーションモデルによる蒸気温度制御系の調整支援」、計装、有限会社工業技術社、平成4年10月1日、第35巻、第10号(通巻419号)、P.35−39

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