JP3498492B2 - スロットルバルブの位置決め制御装置 - Google Patents
スロットルバルブの位置決め制御装置Info
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- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸入空
気量を制御するスロットルバルブの位置決め制御装置に
関する。
気量を制御するスロットルバルブの位置決め制御装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】スロットルバルブの開度指令値と実スロ
ットルバルブ開度との偏差に基づくＰＩＤ制御や、ＰＩ
制御と速度フィードバック制御とを組合せた古典制御理
論に基づく位置決め制御装置が知られている。
ットルバルブ開度との偏差に基づくＰＩＤ制御や、ＰＩ
制御と速度フィードバック制御とを組合せた古典制御理
論に基づく位置決め制御装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、スロットル
バルブの位置決め制御装置はいろいろな目的のために利
用される。例えば、ドライバーのアクセル操作に基づく
最適な加速フィーリングを実現するための通常駆動力制
御や、駆動輪のスリップを抑制するためのトラクション
制御や、ドライバーが設定した車速で自動走行する定速
走行制御や、エンジンのアイドル回転数制御などであ
る。これらの制御目的のためにスロットルバルブの位置
決め制御システムがアクチュエータとして用いられる場
合には、各制御目的に応じて必要となるスロットル制御
性能（応答性、安定性、外乱抑止性、分解能など）をす
べて満足させる必要がある。特に、従来、スロットルバ
ルブをバイパスする小径の補助バルブを制御して行なわ
れているアイドル制御を、スロットルバルブ制御で実現
する際には高いスロットル制御分解能が必要となる。ま
た、スロットルバルブにワイヤでつながれたアクセルペ
ダルを直接ドライバーが操作していた従来のシステム
を、アクチュエータによるスロットルバルブ駆動制御で
実現するためには、ドライバーに遅れを感じさせない程
度の高いスロットル制御応答性が必要となる。
バルブの位置決め制御装置はいろいろな目的のために利
用される。例えば、ドライバーのアクセル操作に基づく
最適な加速フィーリングを実現するための通常駆動力制
御や、駆動輪のスリップを抑制するためのトラクション
制御や、ドライバーが設定した車速で自動走行する定速
走行制御や、エンジンのアイドル回転数制御などであ
る。これらの制御目的のためにスロットルバルブの位置
決め制御システムがアクチュエータとして用いられる場
合には、各制御目的に応じて必要となるスロットル制御
性能（応答性、安定性、外乱抑止性、分解能など）をす
べて満足させる必要がある。特に、従来、スロットルバ
ルブをバイパスする小径の補助バルブを制御して行なわ
れているアイドル制御を、スロットルバルブ制御で実現
する際には高いスロットル制御分解能が必要となる。ま
た、スロットルバルブにワイヤでつながれたアクセルペ
ダルを直接ドライバーが操作していた従来のシステム
を、アクチュエータによるスロットルバルブ駆動制御で
実現するためには、ドライバーに遅れを感じさせない程
度の高いスロットル制御応答性が必要となる。
【０００４】しかし、バタフライ型のスロットルバルブ
を電動モータなどのアクチュエータで駆動制御する際に
は、いろいろな外乱や非線形要素（静止摩擦、モータト
ルクのリップル、温度変化、吸入負圧変化、スロットル
開度計測ノイズ、スロットル開度計測分解能など）の影
響を無視できず、特に微小開度でスロットルバルブを駆
動制御するアイドル制御ではその影響が大きい。したが
って、従来のスロットルバルブ位置決め制御装置では、
外乱や非線形要素により大きな影響を受けるのでスロッ
トル制御分解能と応答性とを高いレベルで両立すること
が困難であった。
を電動モータなどのアクチュエータで駆動制御する際に
は、いろいろな外乱や非線形要素（静止摩擦、モータト
ルクのリップル、温度変化、吸入負圧変化、スロットル
開度計測ノイズ、スロットル開度計測分解能など）の影
響を無視できず、特に微小開度でスロットルバルブを駆
動制御するアイドル制御ではその影響が大きい。したが
って、従来のスロットルバルブ位置決め制御装置では、
外乱や非線形要素により大きな影響を受けるのでスロッ
トル制御分解能と応答性とを高いレベルで両立すること
が困難であった。
【０００５】そこで、本出願人は特願平７−３２０４７
６号により、アクチュエータ操作量とスロットル開度と
に基づいてアクチュエータに加わる外乱を推定し、アク
チュエータ操作量を補正することによってアクチュエー
タの動特性を一定化させる外乱補償器を有するスロット
ルバルブの位置決め制御装置を提案している。この装置
では、アイドル制御のように非常に高いスロットル分解
能が要求される状態では、通常制御時よりもさらに重視
した特性の外乱補償器の特性に一次的に切り換えるよう
にしている。なお、一般に、外乱補償器の一部を構成す
るローパスフィルターのカットオフ周波数を上げること
で、外乱抑止性を高められることが知られている。
６号により、アクチュエータ操作量とスロットル開度と
に基づいてアクチュエータに加わる外乱を推定し、アク
チュエータ操作量を補正することによってアクチュエー
タの動特性を一定化させる外乱補償器を有するスロット
ルバルブの位置決め制御装置を提案している。この装置
では、アイドル制御のように非常に高いスロットル分解
能が要求される状態では、通常制御時よりもさらに重視
した特性の外乱補償器の特性に一次的に切り換えるよう
にしている。なお、一般に、外乱補償器の一部を構成す
るローパスフィルターのカットオフ周波数を上げること
で、外乱抑止性を高められることが知られている。
【０００６】ローパスフィルタのカットオフ周波数を変
更する場合に、カットオフ周波数の定数のみをスロット
ル開度などの条件によって切り換える方法が一般的であ
る。しかし、外乱補償器の周波数特性を切り換える場
合、スロットル開度や電流指令値、アクチュエータ操作
量が不連続になり、特に周波数特性を大きく変える際に
は、電流や実スロットル開度に段差を生じるという問題
がある。
更する場合に、カットオフ周波数の定数のみをスロット
ル開度などの条件によって切り換える方法が一般的であ
る。しかし、外乱補償器の周波数特性を切り換える場
合、スロットル開度や電流指令値、アクチュエータ操作
量が不連続になり、特に周波数特性を大きく変える際に
は、電流や実スロットル開度に段差を生じるという問題
がある。
【０００７】図１１は、従来の装置による、スロットル
開度指令値を０度から５０度までランプ状に変化させる
とともに、スロットル開度１６度において外乱補償器の
周波数特性を３５Ｈｚから１Ｈｚに切り換えた場合の、
（ａ）スロットル開度指令値〔度／ｄｉｖ〕、（ｂ）実
スロットル開度〔度／ｄｉｖ〕および（ｃ）電流指令値
〔Ａ／ｄｉｖ〕のシュミレーション結果を示す。図から
明らかなように、外乱補償器の周波数特性を切り換えた
時点で実スロットル開度と電流指令値が大きく変動し、
大きな段差が生じている。
開度指令値を０度から５０度までランプ状に変化させる
とともに、スロットル開度１６度において外乱補償器の
周波数特性を３５Ｈｚから１Ｈｚに切り換えた場合の、
（ａ）スロットル開度指令値〔度／ｄｉｖ〕、（ｂ）実
スロットル開度〔度／ｄｉｖ〕および（ｃ）電流指令値
〔Ａ／ｄｉｖ〕のシュミレーション結果を示す。図から
明らかなように、外乱補償器の周波数特性を切り換えた
時点で実スロットル開度と電流指令値が大きく変動し、
大きな段差が生じている。
【０００８】本発明の目的は、外乱補償器の特性を変更
した時のスロットル開度の変動を抑制したスロットルバ
ルブの位置決め制御装置を提供することにある。
した時のスロットル開度の変動を抑制したスロットルバ
ルブの位置決め制御装置を提供することにある。
【０００９】
（１） 請求項１の発明は、内燃機関のスロットルバル
ブを開閉するアクチュエータと、そのアクチュエータを
駆動する駆動手段を備え、スロットル開度検出値を開度
指令値に追従させるための駆動指令値を演算して駆動手
段を制御するスロットルバルブの位置決め制御装置に適
用される。そして、異なる周波数特性により駆動指令値
とスロットル開度検出値とに基づいてアクチュエータに
加わる複数の外乱を推定し、これらの複数の外乱推定値
をエンジン制御状態に応じて選択し、選択した外乱推定
値により駆動指令値を補正する。 （２） 請求項２の発明は、内燃機関のスロットルバル
ブを開閉するアクチュエータと、そのアクチュエータを
駆動する駆動手段を備え、スロットル開度検出値を開度
指令値に追従させるための駆動指令値を演算して駆動手
段を制御するスロットルバルブの位置決め制御装置に適
用される。そして、異なる周波数特性により駆動指令値
とスロットル開度検出値とに基づいてアクチュエータに
加わる複数の外乱を推定し、これらの複数の外乱推定値
をエンジン制御状態に応じて補間し、補間した外乱推定
値により駆動指令値を補正する。 （３） 請求項３のスロットルバルブの位置決め制御装
置は、スロットルバルブ検出手段の検出精度を切り換え
可能とし、高精度に切り換えられた時のスロットルバル
ブ検出値を用いて外乱を推定するようにしたものであ
る。 （４） 請求項４のスロットルバルブの位置決め制御装
置は、エンジン制御状態にスロットルバルブ開度検出
値、エンジン回転数、アイドル制御作動状態を含み、こ
れらのエンジン制御状態に応じて外乱推定値の選択また
は補間を行なう。
ブを開閉するアクチュエータと、そのアクチュエータを
駆動する駆動手段を備え、スロットル開度検出値を開度
指令値に追従させるための駆動指令値を演算して駆動手
段を制御するスロットルバルブの位置決め制御装置に適
用される。そして、異なる周波数特性により駆動指令値
とスロットル開度検出値とに基づいてアクチュエータに
加わる複数の外乱を推定し、これらの複数の外乱推定値
をエンジン制御状態に応じて選択し、選択した外乱推定
値により駆動指令値を補正する。 （２） 請求項２の発明は、内燃機関のスロットルバル
ブを開閉するアクチュエータと、そのアクチュエータを
駆動する駆動手段を備え、スロットル開度検出値を開度
指令値に追従させるための駆動指令値を演算して駆動手
段を制御するスロットルバルブの位置決め制御装置に適
用される。そして、異なる周波数特性により駆動指令値
とスロットル開度検出値とに基づいてアクチュエータに
加わる複数の外乱を推定し、これらの複数の外乱推定値
をエンジン制御状態に応じて補間し、補間した外乱推定
値により駆動指令値を補正する。 （３） 請求項３のスロットルバルブの位置決め制御装
置は、スロットルバルブ検出手段の検出精度を切り換え
可能とし、高精度に切り換えられた時のスロットルバル
ブ検出値を用いて外乱を推定するようにしたものであ
る。 （４） 請求項４のスロットルバルブの位置決め制御装
置は、エンジン制御状態にスロットルバルブ開度検出
値、エンジン回転数、アイドル制御作動状態を含み、こ
れらのエンジン制御状態に応じて外乱推定値の選択また
は補間を行なう。
【００１０】
（１） 請求項１の発明によれば、異なる周波数特性に
より駆動指令値とスロットル開度検出値とに基づいてア
クチュエータに加わる複数の外乱を推定し、これらの複
数の外乱推定値をエンジン制御状態に応じて選択し、選
択した外乱推定値により駆動指令値を補正するようにし
たので、外乱補償器の特性をリアルタイムに大きく変更
することができ、これにより実スロットル開度の段差を
最小に押え且つ連続的にすることができる。 （２） 請求項２の発明によれば、異なる周波数特性に
より駆動指令値とスロットル開度検出値とに基づいてア
クチュエータに加わる複数の外乱を推定し、これらの複
数の外乱推定値をエンジン制御状態に応じて補間し、補
間した外乱推定値により駆動指令値を補正するようにし
たので、請求項１と同様な効果が得られる。 （３） 請求項３の発明によれば、スロットルバルブ検
出手段の検出精度を切り換え可能とし、高精度に切り換
えられた時のスロットルバルブ検出値と駆動指令値とに
基づいて異なる周波数特性で複数の外乱を推定し、これ
らの複数の外乱推定値をエンジン制御状態に応じて選択
または補間し、選択または補間した外乱推定値により駆
動指令値を補正するようにしたので、請求項１および請
求項２の上記効果に加え、ノイズによる外乱を低減する
ことができ、実スロットル開度における段差をさらに最
小に抑制できる。
より駆動指令値とスロットル開度検出値とに基づいてア
クチュエータに加わる複数の外乱を推定し、これらの複
数の外乱推定値をエンジン制御状態に応じて選択し、選
択した外乱推定値により駆動指令値を補正するようにし
たので、外乱補償器の特性をリアルタイムに大きく変更
することができ、これにより実スロットル開度の段差を
最小に押え且つ連続的にすることができる。 （２） 請求項２の発明によれば、異なる周波数特性に
より駆動指令値とスロットル開度検出値とに基づいてア
クチュエータに加わる複数の外乱を推定し、これらの複
数の外乱推定値をエンジン制御状態に応じて補間し、補
間した外乱推定値により駆動指令値を補正するようにし
たので、請求項１と同様な効果が得られる。 （３） 請求項３の発明によれば、スロットルバルブ検
出手段の検出精度を切り換え可能とし、高精度に切り換
えられた時のスロットルバルブ検出値と駆動指令値とに
基づいて異なる周波数特性で複数の外乱を推定し、これ
らの複数の外乱推定値をエンジン制御状態に応じて選択
または補間し、選択または補間した外乱推定値により駆
動指令値を補正するようにしたので、請求項１および請
求項２の上記効果に加え、ノイズによる外乱を低減する
ことができ、実スロットル開度における段差をさらに最
小に抑制できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は一実施形態の構成を示す図
である。スロットルアクチュエータ１は、内燃機関の吸
入空気流路に設けられたバタフライ型スロットルバルブ
を駆動する。駆動源にはＤＣモータが用いられ、モータ
の出力を減速機により減速して、ばねにより付勢された
スロットルバルブを開閉駆動する。センサ２はスロット
ルバルブの開口角度を検出する。この実施形態ではアナ
ログ信号を出力する安価なポテンショメータ式とする
が、高精度な光学式エンコーダを用いてもよい。センサ
信号処理回路３は増幅器およびＡ／Ｄ変換器を有し、角
度センサ２からのアナログ信号を増幅してディジタル信
号に変換する。スロットルバルブ位置決めコントローラ
４はマイクロコンピュータおよびその周辺部品から構成
され、スロットルバルブ開度検出値が開度指令値に追従
するようなモータ電流指令値を演算する。電流制御アン
プ５は、実際のモータ電流がモータ電流指令値に追従す
るようにパワートランジスタのスイッチング時間を制御
する。
である。スロットルアクチュエータ１は、内燃機関の吸
入空気流路に設けられたバタフライ型スロットルバルブ
を駆動する。駆動源にはＤＣモータが用いられ、モータ
の出力を減速機により減速して、ばねにより付勢された
スロットルバルブを開閉駆動する。センサ２はスロット
ルバルブの開口角度を検出する。この実施形態ではアナ
ログ信号を出力する安価なポテンショメータ式とする
が、高精度な光学式エンコーダを用いてもよい。センサ
信号処理回路３は増幅器およびＡ／Ｄ変換器を有し、角
度センサ２からのアナログ信号を増幅してディジタル信
号に変換する。スロットルバルブ位置決めコントローラ
４はマイクロコンピュータおよびその周辺部品から構成
され、スロットルバルブ開度検出値が開度指令値に追従
するようなモータ電流指令値を演算する。電流制御アン
プ５は、実際のモータ電流がモータ電流指令値に追従す
るようにパワートランジスタのスイッチング時間を制御
する。
【００１２】なお、この実施形態では電流検出センサを
用いたフィードバック式電流制御アンプで構成している
が、電流制御アンプはこの実施形態に限定されない。例
えば、スロットル開度と後述のモデルマッチング補償器
出力とに基づいて、後述の外乱補償器で一定化された制
御対象の動特性モデルでモータの逆起電力を推定し、こ
の逆起電力推定値で電流指令値から求まる有効電圧を補
正して電流制御用パワートランジスタのスイッチング時
間を演算制御するフィードフォワード式電流制御アンプ
を用いてもよい。
用いたフィードバック式電流制御アンプで構成している
が、電流制御アンプはこの実施形態に限定されない。例
えば、スロットル開度と後述のモデルマッチング補償器
出力とに基づいて、後述の外乱補償器で一定化された制
御対象の動特性モデルでモータの逆起電力を推定し、こ
の逆起電力推定値で電流指令値から求まる有効電圧を補
正して電流制御用パワートランジスタのスイッチング時
間を演算制御するフィードフォワード式電流制御アンプ
を用いてもよい。
【００１３】図２は、スロットルバルブ位置決めコント
ローラ４の構成を示す制御ブロック図である。スロット
ルバルブ位置決めコントローラ４は、外乱やパラメータ
変動に対して低感度特性を得るための外乱補償器１１〜
１５と、スロットル開度指令値に対する実スロットル開
度の応答性を予め設定した所望の応答特性に一致させる
ためのモデルマッチング補償器１６〜１９とを有する。
なお、電流制御アンプ４、モータとバルブ可動機構から
なるスロットルアクチュエータ１、角度センサ２および
センサ信号処理回路３がコントローラ４の制御対象であ
り、また、スロットル開度指令値θｒが上述したスロッ
トルバルブ開度指令値（目標値）、電流指令値Ｉｒが上
述した駆動指令値（操作量）、スロットル開度θが上述
したスロットルバルブ開度検出値（制御量）である。
ローラ４の構成を示す制御ブロック図である。スロット
ルバルブ位置決めコントローラ４は、外乱やパラメータ
変動に対して低感度特性を得るための外乱補償器１１〜
１５と、スロットル開度指令値に対する実スロットル開
度の応答性を予め設定した所望の応答特性に一致させる
ためのモデルマッチング補償器１６〜１９とを有する。
なお、電流制御アンプ４、モータとバルブ可動機構から
なるスロットルアクチュエータ１、角度センサ２および
センサ信号処理回路３がコントローラ４の制御対象であ
り、また、スロットル開度指令値θｒが上述したスロッ
トルバルブ開度指令値（目標値）、電流指令値Ｉｒが上
述した駆動指令値（操作量）、スロットル開度θが上述
したスロットルバルブ開度検出値（制御量）である。
【００１４】まず、外乱補償器１１〜１５について説明
する。電流指令値Ｉｒからスロットル開度θまでの制御
対象の連続系伝達特性Ｇｐ（ｓ）を（Ｋ／（ａｓ2＋ｂ
ｓ＋ｃ））（以下、０次／２次と表わす）とし、これを
離散化した伝達特性をＧｐ（ｚ-1）で表わす。
する。電流指令値Ｉｒからスロットル開度θまでの制御
対象の連続系伝達特性Ｇｐ（ｓ）を（Ｋ／（ａｓ2＋ｂ
ｓ＋ｃ））（以下、０次／２次と表わす）とし、これを
離散化した伝達特性をＧｐ（ｚ-1）で表わす。
【数１】
【００１５】Ｇｐ（ｚ-1）のゼロ点（−ｂｐ１／ｂｐ
０）は、サンプリングタイムが小さいほど−１に収束す
るので、Ｇｐ（ｚ-1）の逆系を補償器に用いると不安定
になってしまう。これを避けるために、次のように外乱
補償器を設計する。制御ブロック１１は、定常ゲインが
１であるローパスフィルタＨ０（ｚ-1）に、Ｇｐ
（ｚ-1）のゼロ点を有するＱ（ｚ-1）を付加したフィル
タＨ（ｚ-1）である。この制御ブロック１１は、電流指
令値Ｉｒをローパスフィルタ処理して電流指令値Ｉｒ’
を出力する。
０）は、サンプリングタイムが小さいほど−１に収束す
るので、Ｇｐ（ｚ-1）の逆系を補償器に用いると不安定
になってしまう。これを避けるために、次のように外乱
補償器を設計する。制御ブロック１１は、定常ゲインが
１であるローパスフィルタＨ０（ｚ-1）に、Ｇｐ
（ｚ-1）のゼロ点を有するＱ（ｚ-1）を付加したフィル
タＨ（ｚ-1）である。この制御ブロック１１は、電流指
令値Ｉｒをローパスフィルタ処理して電流指令値Ｉｒ’
を出力する。
【数２】Ｈ（ｚ-1）＝Ｈ０（ｚ-1）・Ｑ（ｚ-1）
【００１６】制御ブロック１２はフィルタＨ（ｚ-1）／
Ｇｐ（ｚ-1）である。したがって、−１に収束するゼロ
点が相殺され、制御ブロック１２は安定なディジタルフ
ィルタとなる。この制御ブロック１２は、電流指令値Ｉ
ｒからスロットル開度θまでの制御対象の離散系伝達特
性Ｇｐ（ｚ-1）と、スロットル開度θとに基づいて電流
指令値を逆算し、さらにローパスフィルタ処理して電流
指令値Ｉｒ”を出力する。減算器１４は、電流指令値Ｉ
ｒ”から電流指令値Ｉｒ’を減算して、電流アンプ５か
らセンサ信号処理回路３までの制御対象の外乱やパラメ
ータ変動による電流指令値Ｉｒのずれ量ｕ２（以下、外
乱推定値と呼ぶ）を求める。さらに、減算器１５は電流
指令値ｕ１から外乱推定値ｕ２を減算して補正し、外乱
やパラメータ変動による影響を排除した電流指令値Ｉｒ
を出力する。
Ｇｐ（ｚ-1）である。したがって、−１に収束するゼロ
点が相殺され、制御ブロック１２は安定なディジタルフ
ィルタとなる。この制御ブロック１２は、電流指令値Ｉ
ｒからスロットル開度θまでの制御対象の離散系伝達特
性Ｇｐ（ｚ-1）と、スロットル開度θとに基づいて電流
指令値を逆算し、さらにローパスフィルタ処理して電流
指令値Ｉｒ”を出力する。減算器１４は、電流指令値Ｉ
ｒ”から電流指令値Ｉｒ’を減算して、電流アンプ５か
らセンサ信号処理回路３までの制御対象の外乱やパラメ
ータ変動による電流指令値Ｉｒのずれ量ｕ２（以下、外
乱推定値と呼ぶ）を求める。さらに、減算器１５は電流
指令値ｕ１から外乱推定値ｕ２を減算して補正し、外乱
やパラメータ変動による影響を排除した電流指令値Ｉｒ
を出力する。
【００１７】外乱推定値ｕ２は、制御対象に外乱やパラ
メータ変動がない場合にゼロとなる。制御対象に外乱ｄ
やパラメータ変動Δがある場合には、
メータ変動がない場合にゼロとなる。制御対象に外乱ｄ
やパラメータ変動Δがある場合には、
【数３】
となり、Ｈ（ｚ-1）のゲイン特性が１である周波数帯域
では、
では、
【数４】θ＝Ｇｐ（ｚ-1）・ｕ１
となる。つまり、外乱やパラメータ変動の影響が完全に
キャンセルされて、制御対象の動特性がノミナルモデル
Ｇｐ（ｚ-1）に一定化される。Ｈ（ｚ-1）のカットオフ
周波数を上げると高周波数域まで同様な効果が得られる
が、逆にハイゲインフィードバックとなり、安定余裕が
減少するのでトレードオフ設計が必要となる。制御ブロ
ック１３はモータ電流の上下限に相当するリミッタであ
り、実際の制御対象の入力であるモータ電流が飽和した
時に外乱補償器の入力を制限することによって、外乱推
定値ｕ２に誤差が溜まるのを防止して応答性能の劣化を
防ぐ。
キャンセルされて、制御対象の動特性がノミナルモデル
Ｇｐ（ｚ-1）に一定化される。Ｈ（ｚ-1）のカットオフ
周波数を上げると高周波数域まで同様な効果が得られる
が、逆にハイゲインフィードバックとなり、安定余裕が
減少するのでトレードオフ設計が必要となる。制御ブロ
ック１３はモータ電流の上下限に相当するリミッタであ
り、実際の制御対象の入力であるモータ電流が飽和した
時に外乱補償器の入力を制限することによって、外乱推
定値ｕ２に誤差が溜まるのを防止して応答性能の劣化を
防ぐ。
【００１８】次に、モデルマッチング補償器１６〜１９
について説明する。まず、所望の応答特性を連続系規範
モデル伝達特性Ｇｍ０（ｓ）（０次／２次）で与える。
これを離散化した規範モデル伝達特性Ｇｍ０（ｚ-1）と
すると、制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｚ-1）と同様に、サ
ンプリングタイムを小さくすると−１に収束するゼロ点
を有する。したがって、モデルマッチング補償器の設計
の際に両者を相殺させる目的で、規範モデル伝達特性Ｇ
ｍ０（ｚ-1）のゼロ点を制御対象伝達特性Ｇｐ（ｚ-1）
のゼロ点で置き換えたＧｍ（ｚ-1）を規範モデル伝達特
性として用いる。なお、サンプリングタイムが充分小さ
ければ、Ｇｍ（ｚ-1）とＧｍ０（ｚ-1）との差はほとん
どなく、実用上問題はない。
について説明する。まず、所望の応答特性を連続系規範
モデル伝達特性Ｇｍ０（ｓ）（０次／２次）で与える。
これを離散化した規範モデル伝達特性Ｇｍ０（ｚ-1）と
すると、制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｚ-1）と同様に、サ
ンプリングタイムを小さくすると−１に収束するゼロ点
を有する。したがって、モデルマッチング補償器の設計
の際に両者を相殺させる目的で、規範モデル伝達特性Ｇ
ｍ０（ｚ-1）のゼロ点を制御対象伝達特性Ｇｐ（ｚ-1）
のゼロ点で置き換えたＧｍ（ｚ-1）を規範モデル伝達特
性として用いる。なお、サンプリングタイムが充分小さ
ければ、Ｇｍ（ｚ-1）とＧｍ０（ｚ-1）との差はほとん
どなく、実用上問題はない。
【数５】
【００１９】数式１と数式５の各係数を用いると、モデ
ルマッチング補償器の制御ブロック１６は１／Ｒ
（ｚ-1）、制御ブロック１７はＬ（ｚ-1）、制御ブロッ
ク１８はＢｍｆで構成される。
ルマッチング補償器の制御ブロック１６は１／Ｒ
（ｚ-1）、制御ブロック１７はＬ（ｚ-1）、制御ブロッ
ク１８はＢｍｆで構成される。
【数６】
【００２０】図３は、スロットルバルブ位置決めコント
ローラ４の制御プログラムを示すフローチャートであ
る。このフローチャートにより、実施形態のスロットル
バルブの位置決め動作を説明する。コントローラ４のマ
イクロコンピュータは、２ｍＳごとにステップ１からこ
の制御プログラムを実行する。ステップ２で、センサ２
からのスロットルバルブの開口角度θに応じた電圧信号
を増幅してＡ／Ｄ変換する。続くステップ３で、ディジ
タル信号に変換された電圧信号をスロットル開度θに変
換する。ステップ４において、乗員のアクセル操作など
によりアクチュエータの開度指令値θｒを決定する。
ローラ４の制御プログラムを示すフローチャートであ
る。このフローチャートにより、実施形態のスロットル
バルブの位置決め動作を説明する。コントローラ４のマ
イクロコンピュータは、２ｍＳごとにステップ１からこ
の制御プログラムを実行する。ステップ２で、センサ２
からのスロットルバルブの開口角度θに応じた電圧信号
を増幅してＡ／Ｄ変換する。続くステップ３で、ディジ
タル信号に変換された電圧信号をスロットル開度θに変
換する。ステップ４において、乗員のアクセル操作など
によりアクチュエータの開度指令値θｒを決定する。
【００２１】ステップ５において、精度の違うスロット
ル開度の切り換えを行なう。スロットル角度センサ２の
アナログ出力信号を増幅してＡ／Ｄ変換し、スロットル
開度計測値として外乱補償器１１〜１５とモデルマッチ
ング補償器１６〜１９の演算に用いると、センサ２のア
ナログ出力信号には必ずある程度のノイズが混入するの
で、外乱補償器１１〜１５が充分に機能せず、目標とす
るスロットル制御分解能を実現できない場合がある。
ル開度の切り換えを行なう。スロットル角度センサ２の
アナログ出力信号を増幅してＡ／Ｄ変換し、スロットル
開度計測値として外乱補償器１１〜１５とモデルマッチ
ング補償器１６〜１９の演算に用いると、センサ２のア
ナログ出力信号には必ずある程度のノイズが混入するの
で、外乱補償器１１〜１５が充分に機能せず、目標とす
るスロットル制御分解能を実現できない場合がある。
【００２２】そこで、図４に示すように、スロットル角
度センサ２のアナログ出力信号を大きく増幅（この例で
は４倍）することによって、増幅器の有効周波数域を上
回る高周波ノイズを相対的に低減する。また、Ａ／Ｄ変
換器の入力電圧には当然、上限があるので、非常に高い
スロットル制御分解能が必要となるアイドル制御時、つ
まり低スロットル開度域のみこれを行ない、単位合せの
後、図５に示すように増幅しない通常のＡ／Ｄ変換値と
補間演算してスロットルバルブ開度検出値として用い
る。滑らかに両方のＡ／Ｄ変換値をつなぐためには、増
幅しない通常のＡ／Ｄ変換値や１サンプル周期前に補間
演算した値に基づいて、双方の間で補間演算する。
度センサ２のアナログ出力信号を大きく増幅（この例で
は４倍）することによって、増幅器の有効周波数域を上
回る高周波ノイズを相対的に低減する。また、Ａ／Ｄ変
換器の入力電圧には当然、上限があるので、非常に高い
スロットル制御分解能が必要となるアイドル制御時、つ
まり低スロットル開度域のみこれを行ない、単位合せの
後、図５に示すように増幅しない通常のＡ／Ｄ変換値と
補間演算してスロットルバルブ開度検出値として用い
る。滑らかに両方のＡ／Ｄ変換値をつなぐためには、増
幅しない通常のＡ／Ｄ変換値や１サンプル周期前に補間
演算した値に基づいて、双方の間で補間演算する。
【数７】補間値＝ｋ・（Ａ／Ｄ変換値２）＋（１−ｋ）
・（Ａ／Ｄ変換値１）、 ここで、（Ａ／Ｄ変換値１）≦θの場合はｋ＝１、θ２
＜（Ａ／Ｄ変換値１＜θ１の場合は０＜ｋ＜１、θ２≦
（Ａ／Ｄ変換値１）の場合はｋ＝０とする。
・（Ａ／Ｄ変換値１）、 ここで、（Ａ／Ｄ変換値１）≦θの場合はｋ＝１、θ２
＜（Ａ／Ｄ変換値１＜θ１の場合は０＜ｋ＜１、θ２≦
（Ａ／Ｄ変換値１）の場合はｋ＝０とする。
【００２３】ステップ６において、エンジン制御状態に
応じて図２に示す制御ブロック１１および１２のロバス
ト補償器の周波数特性を切り換える。この処理の詳細は
後述する。ステップ７で、図２に示すモデルマッチング
補償器１６〜１９によって、スロットル開度指令値に対
する実スロットル開度の応答性を予め設定した所望の応
答特性に一致させる。そして、ステップ８で、図２に示
すモデルマッチング補償器１６〜１９により算出した電
流指令値ｕ１から外乱補償器１１〜１４により算出した
外乱推定値ｕ２を減算して補正し、外乱やパラメータ変
動による影響を排除した電流指令値Ｉｒを求め、電流制
御増幅器５へ出力する。
応じて図２に示す制御ブロック１１および１２のロバス
ト補償器の周波数特性を切り換える。この処理の詳細は
後述する。ステップ７で、図２に示すモデルマッチング
補償器１６〜１９によって、スロットル開度指令値に対
する実スロットル開度の応答性を予め設定した所望の応
答特性に一致させる。そして、ステップ８で、図２に示
すモデルマッチング補償器１６〜１９により算出した電
流指令値ｕ１から外乱補償器１１〜１４により算出した
外乱推定値ｕ２を減算して補正し、外乱やパラメータ変
動による影響を排除した電流指令値Ｉｒを求め、電流制
御増幅器５へ出力する。
【００２４】図６は、図３のステップ６におけるロバス
ト補償器の詳細を示すフローチャートである。ステップ
９と１０において、周波数特性の異なるロバスト補償器
１（カットオフ周波数ｆ１〔Ｈｚ〕）とロバスト補償器
２（カットオフ周波数ｆ２〔Ｈｚ〕）によって、外乱推
定値１と外乱推定値２を演算する。続くステップ１１
で、エンジンの制御状態量である実スロットル開度θに
応じて外乱推定値１または外乱推定値２を選択する。
ト補償器の詳細を示すフローチャートである。ステップ
９と１０において、周波数特性の異なるロバスト補償器
１（カットオフ周波数ｆ１〔Ｈｚ〕）とロバスト補償器
２（カットオフ周波数ｆ２〔Ｈｚ〕）によって、外乱推
定値１と外乱推定値２を演算する。続くステップ１１
で、エンジンの制御状態量である実スロットル開度θに
応じて外乱推定値１または外乱推定値２を選択する。
【数８】θ＞θｏの場合は、外乱推定値１を選択、θ＜
θｏの場合は、外乱推定値２を選択
θｏの場合は、外乱推定値２を選択
【００２５】このように、複数の外乱補償器によって演
算された複数の外乱推定値を、スロットル開度などのエ
ンジン制御状態に応じて選択することによって、外乱補
償器の特性をリアルタイムに大きく変更することがで
き、これにより実スロットル開度の段差を最小に押え且
つ連続的にすることができる。
算された複数の外乱推定値を、スロットル開度などのエ
ンジン制御状態に応じて選択することによって、外乱補
償器の特性をリアルタイムに大きく変更することがで
き、これにより実スロットル開度の段差を最小に押え且
つ連続的にすることができる。
【００２６】−発明の実施の形態の変形例−
図７は、図３のステップ６におけるロバスト補償器の変
形例を示すフローチャートである。上記実施形態では２
個のロバスト補償器により求められた外乱推定値をスロ
ットル開度により選択する例を示したが、この変形例で
はスロットル開度に応じて次式により外乱推定値を補間
する。
形例を示すフローチャートである。上記実施形態では２
個のロバスト補償器により求められた外乱推定値をスロ
ットル開度により選択する例を示したが、この変形例で
はスロットル開度に応じて次式により外乱推定値を補間
する。
【数９】補間値＝ｋ・（外乱推定値２）＋（１−ｋ）・
（外乱推定値１）、 ここで、θ≦θ１の場合はｋ＝１、θ２＜θ＜θ１の場
合は０＜ｋ＜１、θ２≦θの場合はｋ＝０とする。
（外乱推定値１）、 ここで、θ≦θ１の場合はｋ＝１、θ２＜θ＜θ１の場
合は０＜ｋ＜１、θ２≦θの場合はｋ＝０とする。
【００２７】図１０は、この変形例の制御装置によっ
て、スロットル開度指令値を０度から５０度までランプ
状に変化させるとともに、スロットル開度１６度におい
て外乱補償器の周波数特性を３５Ｈｚから１Ｈｚに切り
換えた場合の、（ａ）スロットル開度指令値〔度／ｄｉ
ｖ〕、（ｂ）実スロットル開度〔度／ｄｉｖ〕および
（ｃ）電流指令値〔Ａ／ｄｉｖ〕のシュミレーション結
果を示す。この図から明らかなように、実スロットル開
度の挙動に段差などの影響を与えることなく、外乱補償
器の周波数特性を大きく切り換えることができる。
て、スロットル開度指令値を０度から５０度までランプ
状に変化させるとともに、スロットル開度１６度におい
て外乱補償器の周波数特性を３５Ｈｚから１Ｈｚに切り
換えた場合の、（ａ）スロットル開度指令値〔度／ｄｉ
ｖ〕、（ｂ）実スロットル開度〔度／ｄｉｖ〕および
（ｃ）電流指令値〔Ａ／ｄｉｖ〕のシュミレーション結
果を示す。この図から明らかなように、実スロットル開
度の挙動に段差などの影響を与えることなく、外乱補償
器の周波数特性を大きく切り換えることができる。
【００２８】−発明の実施の形態の他の変形例−
上述した実施形態とその変形例では、スロットル開度セ
ンサ２の出力を大きく増幅してＡ／Ｄ変換した値と、増
幅しない通常のＡ／Ｄ変換値とを補間演算した。しか
し、この変形例では、スロットル開度センサ２の出力を
大きく増幅してノイズなどの影響を小さくした高精度な
スロットル開度を使用する場合のみに、図６または図７
に示す処理を実行する。
ンサ２の出力を大きく増幅してＡ／Ｄ変換した値と、増
幅しない通常のＡ／Ｄ変換値とを補間演算した。しか
し、この変形例では、スロットル開度センサ２の出力を
大きく増幅してノイズなどの影響を小さくした高精度な
スロットル開度を使用する場合のみに、図６または図７
に示す処理を実行する。
【００２９】図８は、図３のステップ６におけるロバス
ト補償器の他の変形例を示すフローチャートである。ス
テップ１３において、スロットル開度センサ２の出力を
大きく増幅してノイズなどの影響を小さくした高精度な
スロットル開度と、増幅しない通常のスロットル開度と
を所定の条件（この変形例ではスロットル開度）により
切り換える。そして、上述したようにステップ９と１０
において、高精度なスロットル開度を用いて、周波数特
性の異なるロバスト補償器１（カットオフ周波数ｆ１
〔Ｈｚ〕）とロバスト補償器２（カットオフ周波数ｆ２
〔Ｈｚ〕）によって外乱推定値１と外乱推定値２を演算
する。続くステップ１４で、図９に示すように、スロッ
トル開度θに基づいて上述したように外乱推定値１と外
乱推定値２を選択するか、または補間する。
ト補償器の他の変形例を示すフローチャートである。ス
テップ１３において、スロットル開度センサ２の出力を
大きく増幅してノイズなどの影響を小さくした高精度な
スロットル開度と、増幅しない通常のスロットル開度と
を所定の条件（この変形例ではスロットル開度）により
切り換える。そして、上述したようにステップ９と１０
において、高精度なスロットル開度を用いて、周波数特
性の異なるロバスト補償器１（カットオフ周波数ｆ１
〔Ｈｚ〕）とロバスト補償器２（カットオフ周波数ｆ２
〔Ｈｚ〕）によって外乱推定値１と外乱推定値２を演算
する。続くステップ１４で、図９に示すように、スロッ
トル開度θに基づいて上述したように外乱推定値１と外
乱推定値２を選択するか、または補間する。
【００３０】このように、この変形例では高精度スロッ
トル開度を使用する場合のみに、複数の外乱補償器によ
って演算された複数の外乱推定値を、スロットル開度な
どのエンジン制御状態に応じて選択または補間すること
によって、外乱補償器の特性をリアルタイムに大きく変
更することができ、これによりスロットル開度の段差を
最小に押え且つ連続的にすることができる。
トル開度を使用する場合のみに、複数の外乱補償器によ
って演算された複数の外乱推定値を、スロットル開度な
どのエンジン制御状態に応じて選択または補間すること
によって、外乱補償器の特性をリアルタイムに大きく変
更することができ、これによりスロットル開度の段差を
最小に押え且つ連続的にすることができる。
【００３１】なお、上記実施形態とその変形例では、２
個のロバスト補償器を用いた例を示したが、３個以上の
ロバスト補償器を用いて外乱推定値を演算し、スロット
ル開度よりいずれかを選択するか、またはスロットル開
度に基づいて互いに補間して最終的な外乱推定値を求め
てもよい。また、上述した実施形態とその変形例では、
エンジン制御状態としてスロットルバルブ開度を用いた
例を説明したが、エンジン制御状態としてエンジン回転
数やアイドル制御作動状態などを用いてもよい。
個のロバスト補償器を用いた例を示したが、３個以上の
ロバスト補償器を用いて外乱推定値を演算し、スロット
ル開度よりいずれかを選択するか、またはスロットル開
度に基づいて互いに補間して最終的な外乱推定値を求め
てもよい。また、上述した実施形態とその変形例では、
エンジン制御状態としてスロットルバルブ開度を用いた
例を説明したが、エンジン制御状態としてエンジン回転
数やアイドル制御作動状態などを用いてもよい。
【００３２】以上の一実施形態の構成において、モータ
およびバルブ可動機構がアクチュエータを、電流制御ア
ンプ５が駆動手段を、スロットル角度センサ２およびセ
ンサ信号処理回路３が検出手段を、スロットルバルブ位
置決めコントローラ４が制御手段、外乱推定手段、選択
手段、補間手段および補正手段をそれぞれ構成する。
およびバルブ可動機構がアクチュエータを、電流制御ア
ンプ５が駆動手段を、スロットル角度センサ２およびセ
ンサ信号処理回路３が検出手段を、スロットルバルブ位
置決めコントローラ４が制御手段、外乱推定手段、選択
手段、補間手段および補正手段をそれぞれ構成する。
【図１】 一実施形態の構成を示す図である。
【図２】 スロットルバルブ位置決めコントローラの構
成を示す制御ブロック図である。
成を示す制御ブロック図である。
【図３】 スロットルバルブ位置決めコントローラの制
御プログラムを示すフローチャートである。
御プログラムを示すフローチャートである。
【図４】 スロットル開度センサの出力を増幅してＡ／
Ｄ変換した値と、増幅しないでＡ／Ｄ変換した値とを補
間してスロットル開度を求める方法を示す図である。
Ｄ変換した値と、増幅しないでＡ／Ｄ変換した値とを補
間してスロットル開度を求める方法を示す図である。
【図５】 スロットル開度の補間演算を説明する図であ
る。
る。
【図６】 図３のステップ６におけるロバスト補償器の
詳細を示すフローチャートである。
詳細を示すフローチャートである。
【図７】 図３のステップ６におけるロバスト補償器の
変形例を示すフローチャートである。
変形例を示すフローチャートである。
【図８】 図３のステップ６におけるロバスト補償器の
他の変形例を示すフローチャートである。
他の変形例を示すフローチャートである。
【図９】 図８に示すロバスト補償器の動作を説明する
図である。
図である。
【図１０】 図７に示す変形例の制御装置によって、ス
ロットル開度指令値を０度から５０度までランプ状に変
化させるとともに、スロットル開度１６度において外乱
補償器の周波数特性を３５Ｈｚから１Ｈｚに切り換えた
場合の、（ａ）スロットル開度指令値〔度／ｄｉｖ〕、
（ｂ）実スロットル開度〔度／ｄｉｖ〕および（ｃ）電
流指令値〔Ａ／ｄｉｖ〕のシュミレーション結果を示す
図である。
ロットル開度指令値を０度から５０度までランプ状に変
化させるとともに、スロットル開度１６度において外乱
補償器の周波数特性を３５Ｈｚから１Ｈｚに切り換えた
場合の、（ａ）スロットル開度指令値〔度／ｄｉｖ〕、
（ｂ）実スロットル開度〔度／ｄｉｖ〕および（ｃ）電
流指令値〔Ａ／ｄｉｖ〕のシュミレーション結果を示す
図である。
【図１１】 従来の装置による、スロットル開度指令値
を０度から５０度までランプ状に変化させるとともに、
スロットル開度１６度において外乱補償器の周波数特性
を３５Ｈｚから１Ｈｚに切り換えた場合の、（ａ）スロ
ットル開度指令値〔度／ｄｉｖ〕、（ｂ）実スロットル
開度〔度／ｄｉｖ〕および（ｃ）電流指令値〔Ａ／ｄｉ
ｖ〕のシュミレーション結果を示す図である。
を０度から５０度までランプ状に変化させるとともに、
スロットル開度１６度において外乱補償器の周波数特性
を３５Ｈｚから１Ｈｚに切り換えた場合の、（ａ）スロ
ットル開度指令値〔度／ｄｉｖ〕、（ｂ）実スロットル
開度〔度／ｄｉｖ〕および（ｃ）電流指令値〔Ａ／ｄｉ
ｖ〕のシュミレーション結果を示す図である。
１ スロットルアクチュエータ
２ スロットル角度センサ
３ センサ信号処理回路
４ スロットルバルブ位置決めコントローラ
５ 電流制御アンプ
１１〜１５ 外乱補償器
１６〜１９ フィードバック式モデルマッチング補償器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02D 41/00 - 41/40
F02D 45/00
F02D 9/02
F02D 11/10
Claims (4)
- 【請求項１】 内燃機関のスロットルバルブを開閉する
アクチュエータと、 前記アクチュエータを駆動する駆動手段と、 前記スロットルバルブの開度を検出する検出手段と、 前記スロットル開度検出値を開度指令値に追従させるた
めの駆動指令値を演算して前記駆動手段を制御する制御
手段とを備えたスロットルバルブの位置決め制御装置に
おいて、 互いに異なる周波数特性を有する複数の外乱推定手段で
あって、前記駆動指令値と前記スロットル開度検出値と
に基づいて前記アクチュエータに加わる外乱を推定する
複数の外乱推定手段と、 前記複数の外乱推定手段により推定された複数の外乱推
定値をエンジン制御状態に応じて選択する選択手段と、 前記選択手段により選択された外乱推定値により前記駆
動指令値を補正する補正手段とを備えることを特徴とす
るスロットルバルブの位置決め制御装置。 - 【請求項２】 内燃機関のスロットルバルブを開閉する
アクチュエータと、 前記アクチュエータを駆動する駆動手段と、 前記スロットルバルブの開度を検出する検出手段と、 前記スロットル開度検出値を開度指令値に追従させるた
めの駆動指令値を演算して前記駆動手段を制御する制御
手段とを備えたスロットルバルブの位置決め制御装置に
おいて、 互いに異なる周波数特性を有する複数の外乱推定手段で
あって、前記駆動指令値と前記スロットル開度検出値と
に基づいて前記アクチュエータに加わる外乱を推定する
複数の外乱推定手段と、 前記複数の外乱推定手段により推定された複数の外乱推
定値をエンジン制御状態に応じて補間する補間手段と、 前記補間手段により補間された外乱推定値により前記駆
動指令値を補正する補正手段とを備えることを特徴とす
るスロットルバルブの位置決め制御装置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のスロッ
トルバルブの位置決め制御装置において、 前記検出手段は検出精度を切り換え可能に構成され、前
記外乱推定手段は高精度に切り換えられた前記検出手段
の検出値を用いることを特徴とするスロットルバルブの
位置決め制御装置。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかの項に記載のス
ロットルバルブの位置決め制御装置において、 前記エンジン制御状態は、前記スロットルバルブ開度検
出値、エンジン回転数、アイドル制御作動状態を含むこ
とを特徴とするスロットルバルブの位置決め制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22659396A JP3498492B2 (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | スロットルバルブの位置決め制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22659396A JP3498492B2 (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | スロットルバルブの位置決め制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1068348A JPH1068348A (ja) | 1998-03-10 |
| JP3498492B2 true JP3498492B2 (ja) | 2004-02-16 |
Family
ID=16847624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22659396A Expired - Fee Related JP3498492B2 (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | スロットルバルブの位置決め制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3498492B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007077869A (ja) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の空燃比制御装置 |
-
1996
- 1996-08-28 JP JP22659396A patent/JP3498492B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1068348A (ja) | 1998-03-10 |
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