JP3304843B2

JP3304843B2 - プラントの制御装置

Info

Publication number: JP3304843B2
Application number: JP24751797A
Authority: JP
Inventors: 浩北川; 裕司安井; 修介赤崎; 祐介長谷川; 喜久岩城
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2002-07-22
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: US5983875A; JPH1173204A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、適応制御理論を応
用したフィードバック制御により、プラントを制御する
プラントの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】適応パラメータ調整機構により、適応パ
ラメータを算出し、この適応パラメータを用いる適応制
御器によって、内燃機関に供給する混合気の空燃比を目
標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御装置は、
従来より知られている（例えば特開平７−２４７８８６
号公報）。この装置では、内燃機関排気系に設けられた
空燃比センサによる検出空燃比が適応制御器に入力さ
れ、検出空燃比が目標空燃比に一致するように燃料供給
量が決定される。この場合、内燃機関が制御対象である
プラントであり、機関への燃料供給量及び目標空燃比が
プラントの操作量及び目標値に相当する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に適応制御器は、
プラント及びプラント出力の検出手段が有する実際のむ
だ時間に合わせて設計することにより、所期の性能を発
揮することができるものであり、上記公報には、内燃機
関及び空燃比センサが有する実際のむだ時間が３制御サ
イクルであることを前提とした実施例が示されている。

【０００４】しかしながら、内燃機関または空燃比セン
サが有する実際のむだ時間が、当該機関やセンサの仕様
変更などにより増加した場合、適応制御器自体をその増
加したむだ時間に合わせようとすると、適応制御器及び
適応パラメータ調整機構の次数が増加し、操作量を得る
ための演算量が、飛躍的に増加してしまう。このため、
適応制御器及び適応パラメータ調整機構を構成するコン
ピュータの演算性能をより高いものに変更しない限り、
増加したむだ時間に対応した高精度の制御を行うことが
困難であった。

【０００５】本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、制御対象であるプラントまたはプラント出力の検
出手段が有するむだ時間が増加した場合でも、操作量を
得るための演算量の増大を抑えつつ高精度の適応制御を
行うことができる制御装置を提供することを目的とす
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
請求項１に記載の発明は、プラントの出力を検出する検
出手段と、該検出手段の出力が目標値と一致するように
前記プラントへの操作量を制御する適応制御器と、該適
応制御器で用いる適応パラメータを調整する適応パラメ
ータ調整手段とを備えたプラントの制御装置において、
前記適応制御器の次数を前記プラント及び前記検出手段
が有する実際のむだ時間より小さいむだ時間に対応した
ものとし、前記適応パラメータ調整手段の入力ベクトル
のサンプリング時期を実際のむだ時間に対応させたもの
とすることを特徴とする。

【０００７】この構成によれば、適応制御器の次数を実
際のむだ時間より小さいむだ時間に対応したものとし、
適応パラメータ調整手段の入力ベクトルのサンプリング
時期を実際のむだ時間に対応させたものとするので、実
際のむだ時間が増加した場合でも、適応制御器の次数は
増加させずに対応でき、操作量を得るための演算量の増
大を抑えつつ高精度の適応制御を行うことができる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記適応パラメータ調整手段の次数
を、前記プラント及び前記検出手段が有する実際のむだ
時間より小さいむだ時間に対応したものとすることを特
徴とする。

【０００９】この構成によれば、適応パラメータ調整手
段の次数も増加させずに対応でき、操作量を得るための
演算量をさらに抑制することができる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、前記プラントは内燃機関であ
り、前記検出手段は、前記内燃機関の排気系に設けられ
た空燃比検出手段であり、前記目標値は前記内燃機関に
供給する混合気の目標空燃比であり、前記操作量は前記
内燃機関に供給する燃料量であることを特徴とする。

【００１１】この構成によれば、適応制御器の次数を、
内燃機関及び空燃比検出手段が有する実際のむだ時間よ
り小さいむだ時間に対応したものとし、適応パラメータ
調整手段の入力ベクトルのサンプリング時期を実際のむ
だ時間に対応させたものとし、空燃比検出手段により検
出される空燃比が目標空燃比となるように適応制御を行
うので、内燃機関に供給する燃料量を得るための演算量
の増大を抑えつつ高精度の空燃比制御を行うことができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００１３】図１は、本発明のプラントの制御装置を、
内燃機関（以下「エンジン」という）の空燃比制御装置
として構成した場合の例を示す図である。すなわち図１
には、エンジンをプラントとし、そのエンジンに供給す
る混合気の空燃比（燃料供給量）を操作量とするプラン
トの制御装置の構成が示されている。

【００１４】図１において、１は４気筒のエンジンであ
る。エンジン１の吸気管２は分岐部（吸気マニホルド）
１１を介してエンジン１の各気筒の燃焼室に連通する。
吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。ス
ロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４
が連結されており、スロットル弁開度θＴＨに応じた電
気信号を出力して電子コントロールユニット（以下「Ｅ
ＣＵ」という）５に供給する。吸気管２には、スロット
ル弁３をバイパスする補助空気通路６が設けられてお
り、該通路６の途中には補助空気量制御弁７が配されて
いる。補助空気量制御弁７は、ＥＣＵ５に接続されてお
り、ＥＣＵ５によりその開弁量が制御される。

【００１５】吸気管２のスロットル弁３の上流側には吸
気温（ＴＡ）センサ８が装着されており、その検出信号
がＥＣＵ５に供給される。吸気管２のスロットル弁３と
吸気マニホルド１１の間には、チャンバ９が設けられて
おり、チャンバ９には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ
１０が取り付けられている。ＰＢＡセンサ１０の検出信
号はＥＣＵ５に供給される。

【００１６】エンジン１の本体にはエンジン水温（Ｔ
Ｗ）センサ１３が装着されており、その検出信号がＥＣ
Ｕ５に供給される。ＥＣＵ５には、エンジン１のクラン
ク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位
置センサ１４が接続されており、クランク軸の回転角度
に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位
置センサ１４は、エンジン１の特定の気筒の所定クラン
ク角度位置で信号パルス（以下「ＣＹＬ信号パルス」と
いう）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開
始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のク
ランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８
０度毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力するＴＤＣセンサ及
びＴＤＣ信号パルスより短い一定クランク角周期（例え
ば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫ信号パルス」
という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬ信号
パルス、ＴＤＣ信号パルス及びＣＲＫ信号パルスがＥＣ
Ｕ５に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時
期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転
数ＮＥの検出に使用される。

【００１７】吸気マニホルド１１の吸気弁の少し上流側
には、各気筒毎に燃料噴射弁１２が設けられており、各
噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されているととも
にＥＣＵ５に電気的に接続されて、ＥＣＵ５からの信号
により燃料噴射時期及び燃料噴射時間（開弁時間）が制
御される。エンジン１の点火プラグ（図示せず）もＥＣ
Ｕ５に電気的に接続されており、ＥＣＵ５により点火時
期θＩＧが制御される。

【００１８】排気管１６は分岐部（排気マニホルド）１
５を介してエンジン１の燃焼室に接続されている。排気
管１６には分岐部１５が集合する部分の直ぐ下流側に、
空燃比検出手段としての広域空燃比センサ（以下「ＬＡ
Ｆセンサ」という）１７が設けられている。さらにＬＡ
Ｆセンサ１７の下流側には直下三元触媒１９及び床下三
元触媒２０が配されており、またこれらの三元触媒１９
及び２０の間には酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」
という）１８が装着されている。三元触媒１９、２０
は、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の浄化を行う。

【００１９】ＬＡＦセンサ１７は、ローパスフィルタ２
２を介してＥＣＵ５に接続されており、排気ガス中の酸
素濃度（空燃比）に略比例した電気信号を出力し、その
電気信号をＥＣＵ５に供給する。Ｏ２センサ１８は、そ
の出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性
を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベル
となり、リーン側で低レベルとなる。Ｏ２センサ１８
は、ローパスフィルタ２３を介してＥＣＵ５に接続され
ており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。ローパ
スフィルタ２２、２３は、高周波ノイズ成分をカットす
るするために設けられたものであり、制御系の応答特性
に対する影響は無視しうる程度のものである。

【００２０】エンジン１は、吸気弁及び排気弁のうち少
なくとも吸気弁のバルブタイミングを、エンジンの高速
回転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領
域に適した低速バルブタイミングとの２段階に切換可能
なバルブタイミング切換機構６０を有する。このバルブ
タイミングの切換は、弁リフト量の切換も含み、さらに
低速バルブタイミング選択時は２つの吸気弁のうちの一
方を休止させて、空燃比を理論空燃比よりリーン化する
場合においても安定した燃焼を確保するようにしてい
る。

【００２１】バルブタイミング切換機構６０は、バルブ
タイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この
油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサ（図示せず）がＥ
ＣＵ５接続されている。油圧センサの検出信号はＥＣＵ
５に供給され、ＥＣＵ５は電磁弁を制御してバルブタイ
ミングの切換制御を行う。

【００２２】また、ＥＣＵ５には、大気圧を検出する大
気圧（ＰＡ）センサ２１が接続されており、その検出信
号がＥＣＵ５に供給される。

【００２３】ＥＣＵ５は、上述した各種センサからの入
力信号波形を整形して電圧レベルを所定レベルに修正
し、アナログ信号値をデジタル信号値に変化する等の機
能を有する入力回路と、中央処理回路（ＣＰＵ）と、該
ＣＰＵで実行される各種演算プログラムや後述する各種
マップ及び演算結果等を記憶するＲＯＭ及びＲＡＭから
なる記憶回路と、燃料噴射弁１２等の各種電磁弁や点火
プラグに駆動信号を出力する出力回路とを備えている。

【００２４】ＥＣＵ５は、上述の各種エンジン運転パラ
メータ信号に基づいて、ＬＡＦセンサ１７及びＯ２セン
サ１８の出力に応じたフィードバック制御運転領域やオ
ープン制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別
するとともに、エンジン運転状態に応じ、下記数式１に
より燃料噴射弁１２の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算し、
この演算結果に基づいて燃料噴射弁１２を駆動する信号
を出力する。

【００２５】

【数１】ＴＯＵＴ＝ＴＩＭＦ×ＫＴＯＴＡＬ×ＫＣＭＤ
Ｍ×ＫＦＢ図２は上記数式１による燃料噴射時間ＴＯＵＴの算出手
法を説明するための機能ブロック図であり、これを参照
して本実施の形態における燃料噴射時間ＴＯＵＴの算出
手法の概要を説明する。なお、本実施の形態ではエンジ
ンへの燃料供給量は燃料噴射時間として算出されるが、
これは噴射される燃料量に対応するので、ＴＯＵＴを燃
料噴射量若しくは燃料量とも呼んでいる。

【００２６】図２においてブロックＢ１は、吸入空気量
に対応した基本燃料量ＴＩＭＦを算出する。この基本燃
料量ＴＩＭＦは、基本的にはエンジン回転数ＮＥ及び吸
気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されるが、スロットル
弁３からエンジン１の燃焼室に至る吸気系をモデル化
し、その吸気系モデルに基づいて吸入空気の遅れを考慮
した補正を行うことが望ましい。その場合には、検出パ
ラメータとしてスロットル弁開度θＴＨ及び大気圧ＰＡ
をさらに用いる。

【００２７】ブロックＢ２〜Ｂ４は乗算ブロックであ
り、ブロックの入力パラメータを乗算して出力する。こ
れらのブロックにより、上記数式１の演算が行われ、燃
料噴射量ＴＯＵＴが得られる。

【００２８】ブロックＢ９は、エンジン水温ＴＷに応じ
て設定されるエンジン水温補正係数ＫＴＷ，排気還流実
行中に排気還流量に応じて設定されるＥＧＲ補正係数Ｋ
ＥＧＲ，蒸発燃料処理装置によるパージ実行時にパージ
燃料量に応じて設定されるパージ補正係数ＫＰＵＧ等の
フィードフォワード系補正係数をすべて乗算することに
より、補正係数ＫＴＯＴＡＬを算出し、ブロックＢ２に
入力する。

【００２９】ブロックＢ２１は、エンジン回転数ＮＥ、
吸気管内絶対圧ＰＢＡ等に応じて目標空燃比係数ＫＣＭ
Ｄを決定し、ブロック２２に入力する。目標空燃比係数
ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／
Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、目
標当量比ともいう。ブロックＢ２２は、ローパスフィル
タ２３を介して入力されるＯ２センサ出力ＶＭＯ２に基
づいて目標空燃比係数ＫＣＭＤを修正し、ブロックＢ１
８、Ｂ２３及びＢ２４に入力する。ブロックＢ２３は、
ＫＣＭＤ値に応じて燃料冷却補正を行い最終目標空燃比
係数ＫＣＭＤＭを算出し、ブロックＢ３に入力する。

【００３０】ブロックＢ１０は、ローパスフィルタ２２
を介して入力されるＬＡＦセンサ出力値を、ＣＲＫ信号
パルスの発生毎にサンプリングし、そのサンプル値をリ
ングバッファメモリに順次記憶し、エンジン運転状態に
応じて最適のタイミングでサンプリングしたサンプル値
を選択し（ＬＡＦセンサ出力選択処理）、ブロックＢ１
７に入力する。このＬＡＦセンサ出力選択処理は、サン
プリングのタイミングによっては変化する空燃比を正確
に検出できないこと、燃焼室から排出される排気ガスが
ＬＡＦセンサ１７に到達するまでの時間やＬＡＦセンサ
自体の反応時間がエンジン運転状態によって変化するこ
とを考慮したものである。

【００３１】ブロックＢ１７は、ＬＡＦセンサ１７の検
出空燃比に基づいて適応制御器（Self Tuning Regulato
r）により適応補正係数ＫＳＴＲを算出してブロックＢ
１９に入力する。この適応制御は、目標空燃比係数ＫＣ
ＭＤ（ＫＣＭＤＭ）を基本燃料量ＴＩＭＦに乗算するだ
けでは、エンジンの応答遅れがあるため目標空燃比がな
まされた検出空燃比になってしまうため、これを動的に
補償し、外乱に対するロバスト性を向上させるために導
入したものである。ブロックＢ１９は、適応補正係数Ｋ
ＳＴＲを目標空燃比係数ＫＣＭＤで除算することにより
フィードバック補正係数ＫＦＢを算出し、ブロックＢ４
に入力する。この除算処理は、適応補正係数ＫＳＴＲ
は、検出当量比ＫＡＣＴが目標空燃比係数ＫＣＭＤに一
致するように演算され、目標空燃比係数ＫＣＭＤに対応
する要素を含むので、基本燃料量ＴＩＭＦに対して、目
標空燃比係数ＫＣＭＤに対応する要素が重複して乗算さ
れないようにするために行われる。

【００３２】以上のように本実施の形態では、ＬＡＦセ
ンサ１７の出力に応じて、適応制御により算出した適応
補正係数ＫＳＴＲを、目標空燃比係数ＫＣＭＤで除算し
たものをフィードバック補正係数ＫＦＢとして上記数式
１に適用し、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出している。適応
補正係数ＫＳＴＲにより、検出される空燃比変化に対す
る追従性及び外乱に対するロバスト性を向上させ、触媒
の浄化率を向上させ、種々のエンジン運転状態において
良好な排気ガス特性を得ることができる。

【００３３】本実施の形態では、上述した図２の各ブロ
ックの機能は、ＥＣＵ５のＣＰＵによる演算処理により
実現されるので、この処理のフローチャートを参照して
処理の内容を具体的に説明する。なお、以下の説明にお
いて添え字（ｋ）は、離散系におけるサンプリング時刻
に対応するものであり、（ｋ）、（ｋ−１）等がそれぞ
れ今回値、前回値等に対応する。ただし、今回値を示す
（ｋ）は特に必要のない限り省略している。

【００３４】図３は、ＬＡＦセンサ１７の出力に応じて
適応補正係数ＫＳＴＲを算出する処理のフローチャート
である。本処理はＴＤＣ信号パルスの発生毎に実行され
る。

【００３５】ステップＳ１では、始動モードか否か、す
なわちクランキング中か否かを判別し、始動モードのと
きは始動モードの処理へ移行する。始動モードでなけれ
ば、目標空燃比係数（目標当量比）ＫＣＭＤ及び最終目
標空燃比係数ＫＣＭＤＭの算出（ステップＳ２）及びＬ
ＡＦセンサ出力の読み込みを行う（ステップＳ３）とと
もに検出当量比ＫＡＣＴの演算を行う（ステップＳ
４）。検出当量比ＫＡＣＴは、ＬＡＦセンサ１７の出力
を当量比に変換したものである。

【００３６】次いでＬＡＦセンサ１７の活性化が完了し
たか否かの活性判別を行う（ステップＳ５）。これは、
例えばＬＡＦセンサ１７の出力電圧とその中心電圧との
差を所定値（例えば０．４Ｖ）と比較し、該差が所定値
より小さいとき活性化が完了したと判別するものであ
る。

【００３７】次にエンジン運転状態がＬＡＦセンサ１７
の出力に基づくフィードバック制御を実行する運転領域
（以下「ＬＡＦフィードバック領域」という）にあるか
否かの判別を行う（ステップＳ６）。これは、例えばＬ
ＡＦセンサ１７の活性化が完了し、且つフュエルカット
中やスロットル全開運転中でないとき、ＬＡＦフィード
バック領域と判定するものである。この判別の結果、Ｌ
ＡＦフィードバック領域にないときはリセットフラグＦ
ＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「１」に設定し、ＬＡＦフィード
バック領域にあるときは「０」とする。

【００３８】続くステップＳ７では、リセットフラグＦ
ＫＬＡＦＲＥＳＥＴが「１」か否かを判別し、ＦＫＬＡ
ＦＲＥＳＥＴ＝１のときは、ステップＳ８に進んで適応
補正係数ＫＳＴＲを「１．０」に設定して、本処理を終
了する。また、ＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ＝０のときは、適
応補正係数ＫＳＴＲの演算を行って（ステップＳ９）、
本処理を終了する。

【００３９】図４は、図３のステップＳ６におけるＬＡ
Ｆフィードバック領域判別処理のフローチャートであ
る。

【００４０】先ずステップＳ１２１では、ＬＡＦセンサ
１７が不活性状態にあるか否かを判別し、活性状態にあ
るときはフュエルカット中であることを「１」で示すフ
ラグＦＦＣが「１」か否かを判別し（ステップＳ１２
２）、ＦＦＣ＝０であるときは、スロットル弁全開中で
あることを「１」で示すフラグＦＷＯＴが「１」か否か
を判別し（ステップＳ１２３）、ＦＷＯＴ＝１でないと
きは、図示しないセンサによって検出したバッテリ電圧
ＶＢＡＴが所定下限値ＶＢＬＯＷより低いか否かを判別
し（ステップＳ１２４）、ＶＢＡＴ≧ＶＢＬＯＷである
ときは、理論空燃比に対応するＬＡＦセンサ出力のずれ
（ＬＡＦセンサストイキずれ）があるか否かを判別す
る。そして、ステップＳ１２１〜Ｓ１２５のいずれかの
答が肯定（ＹＥＳ）のときは、ＬＡＦセンサ出力に基づ
くフィードバック制御を停止すべき旨を「１」で示すＫ
ＬＡＦリセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「１」に
設定する（ステップＳ１３２）。

【００４１】一方、ステップＳ１２１〜Ｓ１２５の答が
すべて否定（ＮＯ）のときは、ＬＡＦセンサ出力に基づ
くフィードバック制御を実行可能と判定して、ＫＬＡＦ
リセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「０」に設定す
る（ステップＳ１３１）。

【００４２】次に適応補正係数ＫＳＴＲ算出処理につい
て、図５を参照して説明する。

【００４３】図５は、図２のブロックＢ１７、すなわち
適応制御（ＳＴＲ（Self Tuning Regulator））ブロッ
クにおける演算処理を説明するための図であり、このＳ
ＴＲブロックは、目標空燃比係数（目標当量比）ＫＣＭ
Ｄ（ｋ）と検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）とが一致するよう
に適応補正係数ＫＳＴＲを設定する適応制御器としての
ＳＴＲコントローラと、該ＳＴＲコントローラで使用す
る適応パラメータを設定する適応パラメータ調整手段と
しての適応パラメータ調整機構とからなる。

【００４４】公知の適応制御の調整則の一つに、ランダ
ウらが提案したパラメータ調整則があり、本実施の形態
では、このランダウらの調整則を用いた。ランダウらの
調整則では、離散系の制御対象の伝達関数Ａ（Ｚ^-1）／
Ｂ（Ｚ^-1）の分母分子の多項式を数式２のようにおいた
とき、適応パラメータベクトルθハット（ｋ）及び適応
パラメータ調整機構への入力ζ（ｋ）は、数式３、４の
ように定められる。数式３、４では、ｍ＝１、ｎ＝１、
ｄ＝３の場合、即ち１次系で３制御サイクル分の無駄時
間を持つプラントを例にとった。ここでｋは時刻、より
具体的には制御サイクルを示す。また、数式４におい
て、ｕ（ｋ）及びｙ（ｋ）は、本実施形態では、それぞ
れ適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）及び検出当量比ＫＡＣＴ
（ｋ）に対応する。

【００４５】

【数２】

【００４６】

【数３】

【００４７】

【数４】ここで、適応パラメータベクトルθハット（ｋ）は、数
式５で表される。また、数式５中のΓ（ｋ）及びｅアス
タリスク（ｋ）は、それぞれゲイン行列及び同定誤差信
号であり、数式６及び数式７のような漸化式で表され
る。

【００４８】

【数５】

【００４９】

【数６】

【００５０】

【数７】数式６中のλ１（ｋ）、λ２（ｋ）の選び方により、種
々の具体的なアルゴリズムが与えられる。λ１（ｋ）＝
１，λ２（ｋ）＝λ（０＜λ＜２）とすると漸減ゲイン
アルゴリズム（λ＝１の場合、最小自乗法）、λ１
（ｋ）＝λ１（０＜λ１＜１）、λ２（ｋ）＝λ２（０
＜λ２＜２）とすると、可変ゲインアルゴリズム（λ２
＝１の場合、重み付き最小自乗法）、λ１（ｋ）／λ２
（ｋ）＝αとおき、λ３が数式８のように表されると
き、λ１（ｋ）＝λ３とおくと固定トレースアルゴリズ
ムとなる。また、λ１（ｋ）＝１，λ２（ｋ）＝０のと
き固定ゲインアルゴリズムとなる。この場合は数式５か
ら明らかなように、Γ（ｋ）＝Γ（ｋ−１）となり、よ
ってΓ（ｋ）＝Γの固定値となる。

【００５１】また数式７のＤ（Ｚ^-1）は、漸近安定な多
項式であって収束性を決定するために設計者が任意に設
定できるものである。なお本実施の形態においては、
１．０に設定している。

【００５２】

【数８】数式８において、ｔｒΓ（０）は、行列Γ（０）のトレ
ース関数であり、具体的には、行列Γ（０）の対角成分
の和（スカラ量）である。

【００５３】ここで、図７にあっては、前記ＳＴＲコン
トローラと適応パラメータ調整機構とは燃料噴射量演算
系の外におかれ、検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ＋ｄ）が目標
当量比ＫＣＭＤ（ｋ）に適応的に一致するように動作し
て適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）を演算する。

【００５４】このように、適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）
及び検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）が適応パラメータ調整機
構に入力され、そこで適応パラメータベクトルθハット
（ｋ）が算出されてＳＴＲコントローラに入力される。
ＳＴＲコントローラには入力として目標当量比ＫＣＭＤ
（ｋ）が与えられ、検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ＋ｄ）が目
標当量比ＫＣＭＤ（ｋ）に一致するように漸化式を用い
て適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）が算出される。

【００５５】適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）は、具体的に
は数式９に示すように求められる。

【００５６】

【数９】この数式９（及び数式３、４の第２式）は、プラントと
してのエンジン１及びプラント出力の検出手段としての
ＬＡＦセンサ１７のむだ時間ｄを３制御サイクルとし
て、ＳＴＲコントローラを設計したときに得られるもの
であるが、エンジン１やＬＡＦセンサ１７の仕様変更に
より、むだ時間ｄが３制御サイクルより大きくなる場合
がある。例えばむだ時間ｄ＝５とした場合、適応パラメ
ータベクトルθハット（ｋ）及び適応パラメータ調整機
構の入力ベクトルζ（ｋ）は、数式１０、１１のように
なり、また適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）の演算式は数式
１２のようになる。

【００５７】

【数１０】

【００５８】

【数１１】

【００５９】

【数１２】したがって、適応補正係数ＫＳＴＲを算出するのに必要
な演算量が大幅に増加し、車両に搭載されたエンジン制
御用のＣＰＵで演算するのは実用的でないレベルとなっ
てしまう。そこで、本実施形態では、ＳＴＲコントロー
ラの構成は、図５に示すようにむだ時間ｄ＝３に対応し
たものとし、適応パラメータ調整機構の入力ベクトルζ
のサンプリング時期（本明細書においては、演算に用い
る入力ベクトルζが演算される演算サイクルを、サンプ
リング時期と呼ぶものとする）を、実際のむだ時間ｄａ
ｃｔ（ｄａｃｔ＞ｄであって例えば５）に対応したもの
とする。すなわち、上記数式５〜７において、ｄ＝ｄａ
ｃｔ＝３であれば、ζ（ｋ−ｄ）＝ζ（ｋ−３）とする
（ζ（ｋ−ｄ）の転置行列ζ^T（ｋ−ｄ）も同様、以下
同じ）が、実際のむだ時間ｄａｃｔが「３」より大きい
例えば「５」であるときは、ＳＴＲコントローラ自体は
ｄ＝３に対応したものとし、数式５〜７のζ（ｋ−ｄ）
を、実際のむだ時間ｄａｃｔに対応したζ（ｋ−５）と
する。そして、このようにして算出された適応パラメー
タベクトルθハット（ｋ）（ｂ０，ｓ０，ｒ１，ｒ２，
ｒ３を要素とし、ｒ４，ｒ５を含まない）を数式９に適
用して、適応補正係数ＫＳＴＲを算出するようにした。
なお、この場合ベクトルζ（ｋ）は、当然ｄ＝３に対応
した、数式４の第２式で表されるものとなり、次数は増
加しない。

【００６０】このようにすることにより、ＳＴＲコント
ローラ及び適応パラメータ調整機構の次数を制御対象の
実際のむだ時間ｄａｃｔに合わせて増加させることな
く、実際のむだ時間ｄａｃｔに適した適応制御を行うこ
とができ、適応補正係数ＫＳＴＲを得るための演算量の
増加を抑制しつつ、高精度の適応制御を行うことができ
る。

【００６１】図６は、制御対象の実際のむだ時間ｄａｃ
ｔが３制御サイクルより大きい場合において、目標当量
比ＫＣＭＤを変化させたときの、適応補正係数ＫＳＴＲ
及び検出当量比ＫＡＣＴの変化を示す図である。同図
（ａ）は、ＳＴＲコントローラをむだ時間ｄ＝３に対応
したものとし、適応パラメータ調整機構の入力ベクトル
ζのサンプリング時期もｄ＝３に対応させて、数式５〜
７のζ（ｋ−ｄ）をζ（ｋ−３）とした場合を示し、同
図（ｂ）は、ＳＴＲコントローラをむだ時間ｄ＝３に対
応したものとし、適応パラメータ調整機構の入力ベクト
ルζのサンプリング時期を、実際のむだ時間ｄａｃｔに
ほぼ一致するｄ＝４に対応させて、数式５〜７のζ（ｋ
−ｄ）をζ（ｋ−４）とした場合を示す。これらの図か
ら明らかなように、本実施形態のように、ＳＴＲコント
ローラの設計上のむだ時間ｄが、実際のむだ時間ｄａｃ
ｔより小さい場合でも、適応パラメータ調整機構の入力
ベクトルζのサンプリング時期を実際のむだ時間ｄａｃ
ｔにほぼ対応したものとすることにより、適応制御の追
従性及び安定性を大幅に改善することができる。

【００６２】制御対象の実際のむだ時間は、連続的な数
値であるのに対し、適応制御上のむだ時間の設定は、離
散化された数値とする必要があるため、例えば実際のむ
だ時間が４．５制御サイクル相当の時間である場合に
は、ｄａｃｔ＝４とした場合の制御性能と、ｄａｃｔ＝
５とした場合の制御性能とを実験により比較し、最適値
を選択することが望ましい。

【００６３】次に本実施形態における適応補正係数ＫＳ
ＴＲの実際の算出式を説明する。上述した数式４〜９
は、制御サイクルと制御周期（ＴＤＣ信号パルスの発生
周期）とを一致させ、全気筒について共通の適応補正係
数ＫＳＴＲを使用する場合のものであるが、本実施形態
では、制御サイクルを気筒数と対応させて４ＴＤＣとす
ることにより、気筒毎に適応補正係数ＫＳＴＲを決定す
るようにしている。具体的には、上記数式４〜９をそれ
ぞれ数式１３〜１８に置き換えて、適応補正係数ＫＳＴ
Ｒを決定することにより、気筒別の適応補正係数ＫＳＴ
Ｒを算出して適応制御を行っている。

【００６４】

【数１３】

【００６５】

【数１４】

【００６６】

【数１５】

【００６７】

【数１６】

【００６８】

【数１７】

【００６９】

【数１８】なお、実際のむだ時間ｄａｃｔが例えば「４」であると
きは、数式１４〜１６のｄを「４」とした数式を使用し
て適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ１〜ｒ３を算出する。

【００７０】図７は、図３のステップＳ９におけるＫＳ
ＴＲ算出処理のフローチャートである。

【００７１】先ずステップＳ４０１では、前回リセット
フラグＦＬＡＦＲＥＳＥＴが「１」であったか否かを判
別し、ＦＬＡＦＲＥＳＥＴ＝１であって適応制御を実行
していなかったときは、適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ
１〜ｒ３を初期値に設定する初期化処理を実行してステ
ップＳ４０４に進む。また、ステップＳ４０１でＦＬＡ
ＦＲＥＳＥＴ＝０であって、前回も適応制御を実行して
いたときは、図８に示す適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ
１〜ｒ３演算処理を実行する。

【００７２】本実施形態では、前記数式１４によるθハ
ット（ｋ）、すなわち適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ１
〜ｒ３の算出は、４ＴＤＣ期間（ＴＤＣ信号パルスが４
回発生する期間＝１燃焼サイクル）に１回行うようにし
ているので、図８のステップＳ４３１では、前回の数式
１４による算出から４ＴＤＣ期間が経過したか否かを判
別し、経過したときは、数式１４による適応パラメータ
ｂ０，ｓ０，ｒ１〜ｒ３の算出を行う（ステップＳ４３
２）。４ＴＤＣ期間経過してないときは、適応パラメー
タのｂ０（ｋ），ｓ０（ｋ），ｒ１（ｋ）〜ｒ３（ｋ）
を、それぞれ前回値ｂ０（ｋ−１），ｓ０（ｋ−１），
ｒ１（ｋ−１）〜ｒ３（ｋ−１）に設定する。

【００７３】ステップＳ４３２またはＳ４３３実行後
は、下記数式１９により適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ
１〜ｒ３のｐＴＤＣ期間（例えばｐ＝８とした８ＴＤＣ
期間）の移動平均値ｂ０ＡＶ，ｒ０ＡＶ，ｒ１ＡＶ，ｒ
２ＡＶ，ｒ３ＡＶを算出し（ステップＳ４３４）、本処
理を終了する。なお、この移動平均化処理を行うため
に、適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ１〜ｒ３のｐＴＤＣ
期間の値を格納するリングバッファが設けられている。

【００７４】

【数１９】図７に戻り、ステップＳ４０４では、前記数式１８に図
８のステップＳ４３４で移動平均化された適応パラメー
タｂ０ＡＶ，ｓ０ＡＶ，ｒ１ＡＶ〜ｒ３ＡＶを適用し
て、適応補正係数ＫＳＴＲを算出する。このように、適
応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ１〜ｒ３の移動平均値を用
いることにより、適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ１〜ｒ
３を４ＴＤＣ期間に１回の頻度で更新すること及びＬＡ
Ｆセンサ１７のローパス特性に起因する適応制御の不安
定化を防止することができる。

【００７５】続くステップＳ４０５では、算出した適応
補正係数ＫＳＴＲのリミット処理を行う。すなわち、適
応補正係数ＫＳＴＲが上限値より大きいときは、ＫＳＴ
Ｒ＝上限値とし、下限値より小さいときは、ＫＳＴＲ＝
下限値とし、上下限値の範囲内にあるときは、そのまま
本処理を終了する。

【００７６】本実施形態では、エンジン１がプラントに
相当し、ＬＡＦセンサ１７が検出手段または空燃比検出
手段に相当し、図５のＳＴＲコントローラが適応制御器
に相当し、適応パラメータ調整機構が適応パラメータ調
整手段に相当する。そして、ＳＴＲコントローラ及び適
応パラメータ調整機構は、より具体的にはＥＣＵ５によ
って実現される。

【００７７】なお、本発明は上述した実施形態に限るも
のではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形
態では適応制御器をむだ時間ｄ＝３に対応したものして
設計を行い、適応パラメータ調整機構の入力ベクトルζ
のサンプリング時期をｄ＝３より大きい実際のむだ時間
に合わせるようにしたが、適応制御器を例えばむだ時間
ｄ＝２に対応したものとし、適応パラメータ調整機構の
入力ベクトルζのサンプリング時期をｄ＝２より大きい
実際のむだ時間に合わせるようにしてもよい。

【００７８】また、制御の対象となるプラントはエンジ
ンに限るものではなく、例えば化学製品の製造工程等で
あってもよい。その場合には、検出する物理量は例えば
流量や濃度等であり、操作量は制御弁の開度等である。

【００７９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、適
応制御器の次数を実際のむだ時間より小さいむだ時間に
対応したものとし、適応パラメータ調整手段の入力ベク
トルのサンプリング時期を実際のむだ時間に対応させた
ものとするので、実際のむだ時間が増加した場合でも、
適応制御器の次数は増加させずに対応でき、操作量を得
るための演算量の増大を抑えつつ高精度の適応制御を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラントの制御装置を、内燃機関の空
燃比制御装置として構成した例を示す図である。

【図２】図１の構成における空燃比制御手法を説明する
ための機能ブロック図である。

【図３】ＬＡＦセンサ出力に基づいて適応補正係数を算
出する処理のフローチャートである。

【図４】ＬＡＦフィードバック領域判別処理のフローチ
ャートである。

【図５】適応補正係数（ＫＳＴＲ）の算出処理を説明す
るためのブロック図である。

【図６】本発明の手法を適用した場合の制御性能を説明
するための図である。

【図７】適応補正係数（ＫＳＴＲ）の算出処理のフロー
チャートである。

【図８】適応パラメータ演算処理のフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１内燃機関（本体）２吸気管５電子コントロールユニット（ＥＣＵ）（適応パラメ
ータ調整手段、適応制御器）１２燃料噴射弁１６排気管１７広域空燃比センサ（検出手段、空燃比検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長谷川祐介埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者岩城喜久埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (56)参考文献特開平８−291744（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−12302（ＪＰ，Ａ) 特開平２−301805（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 11/00 - 13/04 F02D 41/00 - 41/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プラントの出力を検出する検出手段と、
該検出手段の出力が目標値と一致するように前記プラン
トへの操作量を制御する適応制御器と、該適応制御器で
用いる適応パラメータを調整する適応パラメータ調整手
段とを備えたプラントの制御装置において、前記適応制御器の次数を前記プラント及び前記検出手段
が有する実際のむだ時間より小さいむだ時間に対応した
ものとし、前記適応パラメータ調整手段の入力ベクトルのサンプリ
ング時期を実際のむだ時間に対応させたものとすること
を特徴とするプラントの制御装置。
【請求項２】前記適応パラメータ調整手段の次数を、
前記プラント及び前記検出手段が有する実際のむだ時間
より小さいむだ時間に対応したものとすることを特徴と
する請求項１に記載のプラントの制御装置。
【請求項３】前記プラントは内燃機関であり、前記検
出手段は、前記内燃機関の排気系に設けられた空燃比検
出手段であり、前記目標値は前記内燃機関に供給する混
合気の目標空燃比であり、前記操作量は前記内燃機関に
供給する燃料量であることを特徴とする請求項１または
２に記載のプラントの制御装置。