JP4223489B2 - プラントの制御装置 - Google Patents
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Description
この構成によれば、スライディングモード制御によりプラントが制御されるので、外乱やモデル化誤差(制御対象モデルの特性と、実際のプラントの特性との差)、あるいはむだ時間が存在する場合においても、良好な制御性を得ることができる。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態にかかるスロットル弁制御装置の構成を示す図である。内燃機関(以下「エンジン」という)1の吸気通路2には、スロットル弁3が設けられている。スロットル弁3には、該スロットル弁3を閉弁方向に付勢する第1付勢手段としてのリターンスプリング4と、該スロットル弁3を開弁方向に付勢する第2付勢手段としての弾性部材5とが取り付けられている。またスロットル弁3は、駆動手段としてのモータ6によりギヤ(図示せず)を介して駆動できるように構成されている。モータ6による駆動力がスロットル弁3に加えられない状態では、スロットル弁3の開度THは、リターンスプリング4の付勢力と、弾性部材5の付勢力とが釣り合うデフォルト開度THDEF(例えば5度)に保持される。
ECU7は、スロットル弁開度センサ8及びアクセルセンサ9の検出信号が供給される入力回路、入力信号をディジタル信号に変換するAD変換回路、各種演算処理を実行する中央演算ユニット(CPU)、CPUが実行するプログラムやプログラムで参照されるマップやテーブルなどを格納するメモリ回路、及びモータ6に駆動電流を供給する出力回路を備えている。ECU7は、アクセルペダルの踏み込み量ACCに応じてスロットル弁3の目標開度THRを決定し、検出したスロットル弁開度THが目標開度THRと一致するようにモータ6の制御量DUTを決定し、制御量DUTに応じた電気信号をモータ6に供給する。
DTH(k+1)=a1×DTH(k)+a2×DTH(k-1)
+b1×DUT(k-d)+c1 (1)
ここで、kは第1の周期ΔT1で離散化されたサンプリング時刻または制御時刻を表すパラメータであり、DTH(k)は下記式(2)により定義されるスロットル弁開度偏差量である。
DTH(k)=TH(k)−THDEF (2)
ここで、THは検出したスロットル弁開度、THDEFは前記デフォルト開度である。
DTH(k+1)=a1×DTH(k)+a2×DTH(k-1)
+b1×DUT(k)+c1 (1a)
適応スライディングモードコントローラ21を用いることにより、スロットル弁開度THの目標開度THRに対する応答特性を、所定のパラメータ(後述する切換関数設定パラメータVPOLE)を用いて適宜変更する(指定する)ことが可能となる。その結果、スロットル弁開度に応じて最適な応答特性を指定することができ、例えばスロットル弁3を開弁位置から全閉位置に移動させる際の衝撃(スロットル全閉ストッパへの衝突)の回避、及びアクセル操作に対するエンジンレスポンスの可変化が可能となる。また、スライディングモード制御により、モデルパラメータの誤差に対する安定性を確保することが可能となる。
DTHR(k)=THR(k)−THDEF (3)
次に適応スライディングモードコントローラ21の動作原理を説明する。
スロットル弁開度偏差量DTHと、目標値DTHRとの偏差e(k)を下記式(4)で定義すると、適応スライディングモードコントローラの切換関数値σ(k)は、下記式(5)にように設定される。
e(k)=DTH(k)−DTHR(k) (4)
σ(k)=e(k)+VPOLE×e(k-1) (5)
=(DTH(k)−DTHR(k))
+VPOLE×(DTH(k-1)−DTHR(k-1))
ここで、VPOLEは、−1より大きく1より小さい値に設定される切換関数設定パラメータである。
DUT(k)=Usl(k)
=Ueq(k)+Urch(k)+Uadp(k) (6)
σ(k)=σ(k+1) (7)
式(1)並びに式(4)及び(5)を用いて式(7)を満たすデューティ比DUT(k)を求めると、下記式(8)が得られ、これが等価制御入力Ueq(k)となる。さらに、到達則入力Urch(k)及び適応則入力Uadp(k)を、それぞれ下記式(9)及び(10)により定義する。
具体的には外乱V(k)を想定し、外乱V(k)に対して切換関数値σ(k)が安定であるための条件を求めることにより、ゲインF及びGの設定条件を求める。その結果、ゲインF及びGの組み合わせが、下記式(11)〜(13)を満たすこと、換言すれば図4にハッチングを付して示す領域内にあることが安定条件として得られた。
F>0 (11)
G>0 (12)
F<2−(ΔT/2)G (13)
次にモデルパラメータ同定器22の動作原理を説明する。
モデルパラメータ同定器22は、前述したように制御対象の入力(DUT(k))及び出力(TH(k))に基づいて、制御対象モデルのモデルパラメータベクトルを算出する。具体的には、モデルパラメータ同定器22は、下記式(14)による逐次型同定アルゴリズム(一般化逐次型最小2乗法アルゴリズム)により、モデルパラメータベクトルθ(k)を算出する。
θ(k)=θ(k-1)+KP(k)ide(k) (14)
θ(k)T=[a1”,a2”,b1”,c1”] (15)
λ1=1,λ2=0 固定ゲインアルゴリズム
λ1=1,λ2=1 最小2乗法アルゴリズム
λ1=1,λ2=λ 漸減ゲインアルゴリズム(λは0,1以外の所定値)
λ1=λ,λ2=1 重み付き最小2乗法アルゴリズム(λは0,1以外の所定値)
θ(k)=θ(0)+DELTAk-1×KP(1)ide(1)
+DELTAk-2×KP(2)ide(2)+……
+DELTA×KP(k-1)ide(k-1)+KP(k)ide(k)
(14a)
DELTA=[δ1,δ2,δ3,1] (21)
忘却係数δiは、0から1の間の値に設定され(0<δi<1)、過去の同定誤差の影響を徐々に減少させる機能を有する。式(21)では、モデルパラメータc1の演算にかかる係数が「1」に設定されており、過去値の影響が保持されるようになっている。このように、忘却係数ベクトルDELTAの要素の一部、すなわちモデルパラメータc1の演算にかかる係数を「1」とすることにより、目標値DTHRと、スロットル弁開度偏差量DTHとの定常偏差が発生することを防止することができる。また忘却係数ベクトルDELTAの他の要素δ1,δ2及びδ3を「0」より大きく「1」より小さい値に設定することにより、モデルパラメータのドリフトが防止される。
θ(k)=θ(0)+dθ(k) (14b)
dθ(k)=DELTA・dθ(k-1)+KP(k)ide(k) (14c)
さらに上記式(14b)の初期値ベクトルθ(0)に代えて、基準モデルパラメータベクトルθbaseを用いる下記式(14d)により、モデルパラメータベクトルθ(k)を算出することが望ましい。
θ(k)=θbase+dθ(k) (14d)
さらに、同定誤差ide(k)は、前記式(16)、(17)及び(18)を用いて算出しているため、スロットル弁開度偏差量DTH(k)と、推定スロットル弁開度偏差量DTHHAT(k)とに同様のローパスフィルタ処理を行うこと、あるいは、スロットル弁開度偏差量DTH(k-1)及びDTH(k-2)と、デューティ比DUT(k-1)とに同様のローパスフィルタ処理を行うことによっても同様の効果が得られる。
dθ(k)=DELTA×dθ(k-1)+KP(k)idef(k) (14e)
ところで、上述した制御対象モデルのサンプリング周期及び制御周期に相当する第1の周期ΔT1を数ミリ秒程度(例えば2ミリ秒程度)に設定した場合には、外乱の抑制能力が不十分となること、及びハードウエア特性のばらつきや経時変化への適応能力が不十分となることが、本願発明者により確認された。以下この点を詳細に説明する。
前記式(8)により算出される等価制御入力Ueqは、スロットル弁開度偏差量DTHを目標値DTHRへ追従させるためのフィードフォワード入力である。したがって、外乱(例えばスロットル弁3の弁体を支持する部材が受ける摩擦力の変化や弁体が受ける圧力(弁体の両側の圧力差に起因して弁体に加わる圧力)の変化など)の影響の抑制に寄与するのは、前記式(9)及び(10)により到達則入力Urch及び適応則入力Uadpである。到達則入力Urch及び適応則入力Uadpは、切換関数値σに基づいて算出される。
ハードウエア特性のばらつきや経時変化への適応は、モデルパラメータ同定器22によってモデルパラメータを逐次的に同定することによって行われる。
第1の周期ΔT1を数ミリ秒程度に設定すると、サンプリング周波数は数100Hz(例えば500Hz程度)となり、ナイキスト周波数fnyqはその1/2の周波数となる。ところが、スロットル弁駆動装置10の出力であるスロットル弁開度偏差量DTHや目標値DTHRの周波数成分の大部分は、図7に示すようにナイキスト周波数fnyqに比べてかなり低い周波数帯域(5Hz未満の周波数帯域)に存在する。図7においてΦthはパワースペクトルを示す。このため、図8に示すように変化速度の遅いパラメータを相対的に短い周期でサンプリングすると、その変化量を観測できなくなる。すなわち、スロットル弁開度偏差量の今回値DTH(k)と前回DTH(k-1)とは、ほぼ等しくなる。
第1の周期ΔT1及び第2の周期ΔT2に対応するナイキスト周波数をそれぞれfnyq1及びfnyq2とすると、両者の関係は図9に示すようになる。図9に示すfsmp2は、第2の周期ΔT2に対応するサンプリング周波数である。
DTH(n+1)=a1×DTH(n)+a2×DTH(n-1)
+b1×DUT(n)+c1 (1b)
DTHR(n)=THR(n)−THDEF (3a)
e(n)=DTH(n)−DTHR(n) (4a)
σ(n)=e(n)+VPOLE×e(n-1) (5a)
=(DTH(n)−DTHR(n))
+VPOLE×(DTH(n-1)−DTHR(n-1))
ΔT1モデルのVPOLE=−0.9
ΔT2モデルのVPOLE=−0.59
次にΔT2モデルの基づいて適応スライディングモードコントローラの再設計を行う。適応スライディングモードコントローラの出力は、下記式(6a)で表される。
DUT(n)=Usl(n)
=Ueq(n)+Urch(n)+Uadp(n) (6a)
Urch(n)=Urch(n-1)−(F/b1)(σ(n)−σ(n-1)) (9b)
Uadp(n)=Uadp(n-1)−(GΔT2/b1)×σ(n) (10b)
制御対象モデルのサンプリング周期として第2の周期ΔT2を採用すると、図15に示すように、通常は制御周期も第1の周期ΔT1より長い第2の周期ΔTに設定される。ところが、制御周期を長くすると以下のような課題が生じる。
2)コントローラへの目標値の入力周期が長くなるため、目標値の変化に対する出力の追従におけるむだ時間が長くなる。また高周波数(高速)の目標値変化を出力へ反映できなくなる。
なお、図17のモデルパラメータベクトルθ’は、後述する第1リミット処理及びオーバサンプリング・移動平均化処理が施されたモデルパラメータベクトルを示している。
次に適応スライディングモードコントローラ21の詳細について説明する。なお、制御対象モデルは、第2の周期ΔT2でモデル化したものを用いるが、上述したように適応スライディングモードコントローラ21の演算周期は、第2の周期ΔT2ではなく第1の周期ΔT1とすることとしたので、離散化時刻としては、「n」でななく「k」を用いる。
DUT(k)=Usl(k)
=Ueq(k)+Urch(k)+Uadp(k)
+Unl(k)+Uwave(k)+Udamp(k) (6b)
非線形入力Unlは、スロットル弁3の弁体を駆動する減速ギヤのバックラッシなどの非線形モデル化誤差を抑制し、偏差状態量を切換直線上に載せるための入力である。強制加振入力Uwaveは、スロットル弁3の駆動機構の摩擦などに起因する非線形特性を抑制するための入力である。ダンピング入力Udampは、スロットル弁開度偏差量DTHの目標値DTHRに対するオーバシュートを防止するための入力である。
減速ギヤを介して弁体を駆動する方式のスロットル弁駆動装置では、微小変化する目標値DTHRに対して、図18に示すような減速ギヤのバックラッシに起因する定常偏差が生じ、それを解消するためにある程度時間を要する。特に目標値DTHRやスロットル弁開度偏差量DTHの変化方向が反転した後にその傾向が強くなる。
Unl(k)=−Knl×sgn(σ(k))/b1 (22)
ここで、sgn(σ(k))は、σ(k)が正の値のとき「1」となり、σ(k)が負の値のとき「−1」となる符号関数であり、Knlは非線形入力ゲインである。
スロットル弁駆動装置10のような制御対象では、スロットル弁3の弁体を駆動するための摺動部材の摩擦特性が、目標値の微小変化に対する制御性を低下させる傾向がある。
Uwave(k)=Kwave×Fwave(k)×|ide(n)|/b1
(23)
ここで、Kwaveはディザ入力基本ゲインであり、Fwave(k)はディザ信号値であり、ide(n)は、モデルパラメータの同定誤差である。
スロットル弁駆動装置の制御では、スロットル弁の弁体を全閉位置へ移動させる際のストッパへの衝突を回避することやエンジン駆動力が運転者の要求以上に発生することを防止することが重要である。一方、スライディングモード制御は、一般に高速の応答特性を有するが、目標値に対するオーバシュートを生じやすい特性を有している。
オーバシュートを抑制するためのダンピング入力Udampとしては、下記の3つの式で定義されるものが考えられる。
Udamp1(k)=−Kdamp1(e(k)−e(k-1))/b1 (24)
Udamp2(k)=−Kdamp2(σ(k)−σ(k-1))/b1 (25)
Udamp3(k)=−Kdamp3(DTH(k)−DTH(k-1))/b1
(26)
ここで、Kdamp1,Kdamp2,及びKdamp3は、ダンピング制御ゲインである。
Udamp=−Kdamp(DTH(k)−DTH(k-1))/b1 (27)
図24は、ダンピング入力Udampによるオーバシュート抑制効果を説明するためのタイムチャートである。破線で示すように目標値DTHRをステップ状に変化させたときのスロットル弁開度偏差量DTHの応答特性が示されており、同図(a)に示すオーバシュートは、ダンピング入力Udampにより、同図(b)に示すように抑制される。
さらに式(27)のダンピング制御ゲインKdampに関しては、スロットル弁開度偏差量DTH及び目標値DTHRの状態に応じて可変化することにより、制御性をより向上させることが可能である。そこで、本実施形態では、スロットル弁開度偏差量DTHに応じて図25(a)に示すように、基本値Kdampbsを設定し、さらに目標値DTHRの変化量の移動平均値DDTHRAVに応じて同図(b)に示すように、補正係数Kkdampを算出し、下記式(28)により、ダンピング制御ゲインKdampを算出するようにしている。基本値Kdampbsは、デフォルト開度近傍(DTH≒0)で小さな値に設定されるので、ダンピング効果が低減され、高い応答速度が得られる。また、補正係数Kkdampは、移動平均値DDTHRAVが正の所定値以上のとき、「1」より大きな値に設定される。これは、スロットル弁開度THが増加するときオーバシュートが起きやすいことを考慮したものである。
Kdamp=Kdampbs×Kkdamp (28)
前述したようにモデルパラメータ同定器22における同定演算は、第2の周期ΔT2毎に行うこととしたので、モデルパラメータ同定器の概要の説明で示した演算式の「k」を「n」に変更した式を以下に示す。下記式(30)のLF( )は、前述した同定誤差のローパスフィルタ処理を関数の形式で示したものである。
θ(n)=θbase+dθ(n) (14f)
dθ(n)=DELTA・dθ(n-1)+KP(n)idef(n) (14g)
KP(n)=Pζ(n)/(1+ζT(n)Pζ(n)) (19b)
idef(n)=LF(ide(n)) (30)
ide(n)=DTH(n)−DTHHAT(n) (16a)
DTHHAT(n)=θ(n-1)Tζ(n) (17a)
θ(n)T=[a1”(n),a2”(n),b1”(n),c1”(n)]
(15a)
ζ(n)T=[DTH(n-1),DTH(n-2),DUT(n-1),1]
(18a)
DELTA=[δ1,δ2,δ3,1] (21)
θ*(n)=LMT(θ(n)) (31)
θ*(n)T=[a1*(n),a2*(n),b1*(n),c1*(n)] (32)
dθ(n-1)=θ*(n-1)−θbase(n-1) (33)
DTHHAT(n)=θ*(n-1)Tζ(n) (17b)
モデルパラメータa1”及びa2”で決まる座標(以下「モデルパラメータ座標」という)が図26(b)の点PA1にある場合には、リミット処理により、モデルパラメータ座標が安定領域の外縁に位置する点PALに移動する。このときスロットル弁開度偏差量DTHが変化し、モデルパラメータa1”及びa2”が収束すべきモデルパラメータ座標が、点PA2へ変化した場合には、点PA1から点PA2への移動は、点PALからPA2への移動に比べて遅くなる。つまり、適応スライディングモードコントローラ21による制御を、制御対象の動特性変化へ適応させる際にむだ時間が生じ、制御性が低下するおそれがある。
第1リミット処理後のモデルパラメータベクトルθ*(n)を時刻kでオーバサンプリングすることにより得られるモデルパラメータベクトルθ*(k)は、下記式(32a)で表される。
θ*(k)T=[a1*(k),a2*(k),b1*(k),c1*(k)]
(32a)
θ’(k)T=[a1’(k),a2’(k),b1’(k),c1’(k)]
(32b)
θL(k)=LMT(θ’(k)) (38)
θL(k)T=[a1,a2,b1,c1] (39)
モデルパラメータスケジューラ25により設定される基準モデルパラメータa1base,a2base,b1base,及びc1baseのうち、基準モデルパラメータa1base及びa2baseは、目標値DTHRに応じて図27に示すように設定される。目標値DTHRに応じて設定することにより、スロットル弁開度偏差量DTHに応じて設定する場合に比べて、制御性、特に即応性を向上させることができる。
次に上述した適応スライディングモードコントローラ21、モデルパラメータ同定器22、及びモデルパラメータスケジューラ23の機能を実現するための、ECU7のCPUにおける演算処理を説明する。
ステップS11では、図31に示す状態変数設定処理を実行する。すなわち、式(2)及び(3)の演算を実行し、スロットル弁開度偏差量DTH(k)及び目標値DTHR(k)を算出する(図31,ステップS31及びS32)。なお、今回値であることを示す(k)または(n)は、省略して示す場合がある。
ステップS41では、式(19b)によりゲイン係数ベクトルKP(n)を算出し、次いで式(17b)により推定スロットル弁開度偏差量DTHHAT(n)を算出する(ステップS42)。
ステップS46では、式(14f)によりモデルパラメータベクトルθ(n)を算出し、本処理を終了する。
ステップS51では、式(16a)により同定誤差ide(n)を算出する。次いで、ステップS53でインクリメントされるカウンタCNTIDSTの値が、制御対象のむだ時間dに応じて設定される所定値XCNTIDST(本実施形態では、むだ時間dを「0」と近似しているので、「2」に設定される)より大きいか否かを判別する(ステップS52)。カウンタCNTIDSTの初期値は「0」であるので、最初はステップS53に進み、カウンタCNTIDSTを「1」だけインクリメントし、同定誤差ide(k)を「0」に設定して(ステップS54)、ステップS55に進む。モデルパラメータベクトルθ(n)の同定を開始した直後は、式(16a)による演算で正しい同定誤差が得られないので、ステップS52〜S54により、式(16a)による演算結果を用いずに同定誤差ide(n)を「0」に設定するようにしている。
ステップS55では、同定誤差ide(n)のローパスフィルタ処理を行う。すなわち、図6を参照して説明したように制御対象モデルの周波数特性を修正するための処理が実行される。
ステップS71では、この処理で使用されるフラグFA1STAB,FA2STAB,FB1LMT及びFC1LMTをそれぞれ「0」に設定することにより、初期化を行う。そして、ステップS72では、図35に示すa1”及びa2”のリミット処理を実行し、ステップS73では、図37に示すb1”のリミット処理を実行し、ステップS74では、図38に示すc1”のリミット処理を実行する。
図36においては、リミット処理が必要なモデルパラメータa1”とa2”の組み合わせが「×」で示され、また安定なモデルパラメータa1”及びa2”の組み合わせの範囲がハッチングを付した領域(以下「安定領域」という)で示されている。図35の処理は、安定領域外にあるモデルパラメータa1”及びa2”の組み合わせを、安定領域内(「○」で示す位置)に移動させる処理である。
ステップS84及びステップS85では、モデルパラメータa1”が、所定a1下限値XIDA1Lと所定a1上限値XIDA1Hできまる範囲内にあるか否かを判別する。所定a1下限値XIDA1Lは、−2以上且つ0より小さい値に設定され、所定a1上限値XIDA1Hは、例えば2に設定される。
一方a1”<XIDA1Lであるときは、モデルパラメータa1*を下限値XIDA1Lに設定するとともに、a1安定化フラグFA1STABを「1」に設定する(ステップS84,S86)。またa1”>XIDA1Hであるときは、モデルパラメータa1*を上限値XIDA1Hに設定するとともに、a1安定化フラグFA1STABを「1」に設定する(ステップS85,S87)。a1安定化フラグFA1STABは、「1」に設定されると、モデルパラメータa1*を下限値XIDA1Lまたは上限値XIDA1Hに設定したことを示す。図36においては、ステップS84〜S87のリミット処理P2によるモデルパラメータの修正が、「P2」を付した矢線で示されている。
a2*+|a1*|=XA2STAB (41)
したがって、ステップS90は、モデルパラメータa1*及びa2*の組み合わせが、図36に示す直線L1及びL2の線上またはその下側にあるか否かを判別している。ステップS90の答が肯定(YES)であるときは、モデルパラメータa1*及びa2*の組み合わせは、図36の安定領域内にあるので、直ちに本処理を終了する。
ステップS101及びS102では、モデルパラメータb1”が、所定b1下限値XIDB1Lと所定b1上限値XIDB1Hできまる範囲内にあるか否かを判別する。所定b1下限値XIDB1Lは、正の所定値(例えば0.1)に設定され、所定b1上限値XIDB1Hは、例えば「1」に設定される。
ステップS111及びS112では、モデルパラメータc1”が、所定c1下限値XIDC1Lと所定c1上限値XIDC1Hできまる範囲内にあるか否かを判別する。所定c1下限値XIDC1Lは、例えば−60に設定され、所定c1上限値XIDC1Hは、例えば60に設定される。
ステップS201では、図41に示す切換関数値σの演算処理を実行し、ステップS202では、前記式(8b)により、等価制御入力Ueqを算出する。ステップS203では、図44に示す到達則入力Urchの演算処理を実行し、ステップS204では、図45に示す適応則入力Uadpの演算処理を実行する。ステップS205では、図46に示す非線形入力Unlの演算処理を実行し、ステップS206では、図47に示す強制加振入力Uwaveの演算処理を実行し、ステップS207では、図49に示すダンピング入力Udampの演算処理を実行する。
ステップS221では、図42に示すVPOLE演算処理実行し、切換関数設定パラメータVPOLEを算出する。次いで前記式(5b)により、切換関数値σ(k)を算出する(ステップS222)。
ステップS231では、安定判別フラグFSMCSTABが「1」であるか否かを判別し、FSMCSTAB=1であって適応スライディングモードコントローラ21が不安定となっているときは、切換関数設定パラメータVPOLEを安定化所定値XPOLESTBに設定する(ステップS232)。安定化所定値XPOLESTBは、「−1」より大きく「−1」に非常に近い値(例えば−0.999)に設定される。
ステップS261では、安定判別フラグFSMCSTABが「1」であるか否かを判別する。安定判別フラグFSMCSTABが「0」であって適応スライディングモードコントローラ21が安定であるときは、切換関数値σに応じて図13(a)に示すように制御ゲインFを設定する(ステップS262)。
Urch=−F×σ/b1 (42)
一方安定判別フラグFSMCSTABが「1」であって適応スライディングモードコントローラ21が不安定となったときは、制御ゲインFを、所定安定化ゲインXKRCHSTBに設定し(ステップS264)、モデルパラメータb1を使わない下記式(43)により到達則入力Urchを算出する(ステップS265)。
Urch=−F×σ (43)
ステップS271では、切換関数値σが所定下限値−XSGMSL以下であるか否かを判別し、σ≦−XSGMSLであるときは、切換関数パラメータSGMSをその所定下限値XSGMSLに設定する(ステップS272)。σ>−XSGMSLであるときは、切換関数値σが所定上限値XSGMSL以上であるか否かを判別する(ステップS273)。そして、σ≧XSGMSLであるときは、切換関数パラメータSGMSをその上限値XSGMSLに設定する(ステップS274)。また切換関数値σが所定下限値−XSGMSLと所定上限値XSGMSLとの間にあるときは、切換関数パラメータSGMSを切換関数値σに設定する(ステップS275)。
Uadp(k)=Uadp(k-1)−G×SGMS×ΔT1/b1 (44)
Uadp(k)=Uadp(k-1)−G×SGMS×ΔT1 (45)
ステップS301では、スロットル弁開度偏差量DTHに応じて非線形入力ゲインKnlを算出する(図20参照)。ステップS302では、切換関数値σが所定下限値−XNLTH以下であるか否かを判別し、σ>−XNLTHであるときは、切換関数値σが所定上限値XNLTH以上であるか否かを判別する(ステップS304)。切換関数値σが所定上限値XNLTHと所定下限値−XNLTHの間にあるときは、非線形入力パラメータSNLを切換関数値σに設定する(ステップS306)。
続くステップS307では、下記式(46)により、非線形入力Unl(k)を算出する。
Unl(k)=−Knl×SNL/b1 (46)
ステップS311では、時間パラメータtwave(k)を下記式(47)により算出する。
twave(k)=twave(k-1)+XTWAVEINC (47)
ここで、XTWAVEINCは、例えば本処理の実行周期に設定される経過時間である。
ステップS315では、下記式(48)にディザ入力基本ゲインKwave及び同定誤差ide(k)を適用し、ディザ入力ゲインKWIDを算出する。
KWID=Kwave×|ide(k)| (48)
ステップS320では、下記式(49)により、強制加振入力Uwave(k)を算出する。式(49)は、前記式(23)と実質的に同一の式である。
Uwave(k)=KWID×Fwave/b1 (49)
Udamp(k)=−Kdamp×(DTH(k)−DTH(k-1))/b1
(27)
Dσ=σ(k)−σ(k-k0) (50)
SGMSTAB=Dσ×σ(k) (51)
ステップS365では、安定判別フラグFSMCSTABを、第1判定フラグFSMCSTAB1と第2判定フラグFSMCSTAB2の論理和に設定する。第2判定フラグFSMCSTAB2は、ステップS356の答が肯定(YES)となり、第1判定フラグFSMCSTAB1が「0」に設定されても、安定判別期間カウンタCNTJUDSTの値が「0」となるまでは、「1」に維持される。したがって、安定判別フラグFSMCSTABも、安定判別期間カウンタCNTJUDSTの値が「0」となるまでは、「1」に維持される。
図51は、本発明の第2の実施形態にかかるプラントの制御装置、すなわち油圧位置決め装置と、その制御装置の構成を示す図である。このような油圧位置決め装置は、例えば内燃機関の吸排気弁のバルブタイミングを連続的に変化させる連続可変バルブタイミング機構に使用される。連続可変バルブタイミング機構は、吸排気弁を駆動するカムの回転位相を変更することにより、吸排気弁の開閉タイミングをずらし、充填効率の向上とポンピングロスの低減を図るものである。
ECU72には、目標位置PCMDが入力され、ECU72は、検出位置PACTを目標位置PCMDに一致させるように、制御量DUTを算出し、制御量DUTに応じた電気信号を電動スプール弁67へ供給する。
制御装置80は、同定器81と、適応スライディングモードコントローラ82と、スケジューラ83と、減算器85及び86とからなり、ECU72のCPUで実行される演算処理により実現される。
ide(n)=DPACT(n)(k)−DPACTHAT(n) (52)
DPACTHAT(n)=θ*(n-1)Tζ(n) (53)
ζT(n)=
[DPACT(n-1),DPACT(n-2),DUT(n-1),1] (54)
Ueq(k)=(1/b1){(1−a1−VPOLE)DPACT(k)
+(VPOLE−a2)DPACT(k-kO)−c1} (55)
σ(k)=(DPACT(k)−DPCMD(k))
+VPOLE(DPACT(k-k0)−DPCMD(k-k0))
(56)
Udamp(k)=−Kdamp×(DACT(k)−DACT(k-1))/b1
(57)
そして、適応スライディングモードコントローラ82は、等価制御入力Ueq、到達則入力Urch(k)、適応則入力Uadp(k)、非線形入力Unl(k)、強制加振入力Uwave(k)、及びダンピング入力Udamp(k)を加算することにより、制御入力Usl(=DUT)を算出する。
3 スロットル弁
7 電子制御ユニット
10 スロットル弁駆動装置
21 適応スライディングモードコントローラ
22 モデルパラメータ同定器(同定手段)
24 目標開度設定部
25 モデルパラメータスケジューラ
72 電子制御ユニット
81 同定器(同定手段)
82 適応スライディングモードコントローラ
83 スケジューラ
Claims (9)
- プラントをモデル化した制御対象モデルに基づいて前記プラントを制御するコントローラを備えたプラントの制御装置において、
前記制御対象モデルは、前記コントローラの制御周期よりも長い、前記プラントの動作周波数に応じた第1周期でサンプリングした前記プラントの入力及び出力を含む数式によって定義されており、
前記コントローラは、前記プラントの出力が目標値に一致するように前記プラントの入力を算出するフィードバック制御を実行し、該フィードバック制御は、前記プラントの出力と前記目標値との偏差の、時間経過に伴う減衰特性を指定可能な応答指定型制御であることを特徴とするプラントの制御装置。 - 前記コントローラは、スライディングモードコントローラであ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。
- 前記コントローラは、前記偏差に基づく線形関数である切換関数の値を算出し、該切換関数値の算出に用いる前記偏差のサンプリング時間間隔は、前記制御周期より長い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。
- 前記制御対象モデルのモデルパラメータを同定する同定手段を備え、前記コントローラは前記同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて前記プラントの入力を算出し、前記同定手段は、前記コントローラの制御周期より長い第2周期で前記モデルパラメータの同定演算を実行することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のプラントの制御装置。
- 前記同定手段は、同定演算により得られるモデルパラメータの移動平均化処理を行い、前記コントローラは、該移動平均化処理後のモデルパラメータを用いることを特徴とする請求項4に記載のプラントの制御装置。
- 前記同定手段で同定するモデルパラメータは、前記プラントの出力に関わるモデルパラメータと、前記プラントの入力に関わるモデルパラメータと、前記プラントの入出力に関わらないモデルパラメータとを含むことを特徴とする請求項4または5に記載のプラントの制御装置。
- 前記プラントは、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁と、該スロットル弁を駆動する駆動手段とを有するスロットル弁駆動装置を含み、前記プラントの出力は前記スロットル弁の開度であり、前記目標値は前記スロットル弁の目標開度であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のプラントの制御装置。
- 前記プラントは、可動部材と、該可動部材を駆動する油圧駆動手段とを有する油圧位置決め装置を含み、前記プラントの出力は前記可動部材の位置であり、前記目標値は前記可動部材の目標位置であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のプラントの制御装置。
- プラントの出力が目標値に一致するように前記プラントの入力を算出するフィードバック制御を実行するコントローラを備えたプラントの制御装置において、
前記フィードバック制御は、前記プラントの出力と前記目標値との偏差の、時間経過に伴う減衰特性を指定可能な応答指定型制御であり、前記コントローラは、前記偏差に基づく線形関数である切換関数の値に基づいて前記プラントの入力を算出し、
前記切換関数値の算出に用いる前記偏差のサンプリング時間間隔は、前記プラントの動作周波数に応じて前記コントローラの制御周期より長く設定されることを特徴とするプラントの制御装置。
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