JP5460267B2 - Control device - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関またはこれに付帯する装置を制御する制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for controlling an internal combustion engine or a device attached thereto.

下記特許文献1に開示されている排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation)システムは、過給機を備えた内燃機関のEGR率(または、EGR量)を制御するものである。EGR率と過給圧との間には相互干渉が存在し、一入力一出力のコントローラでEGR率及び吸気管内圧力(または、吸気量)の両方を同時に制御することは難しい。しかも、内燃機関の運転領域によって応答性が異なる上、過給機にはターボラグ(むだ時間)がある。このような事情から、非線形制御対象に対して有効な制御手法であるスライディングモード制御を採用し、相互作用を考慮した多入力多出力のコントローラを設計してEGR制御をしている(例えば、下記特許文献1を参照)。   An exhaust gas recirculation system disclosed in Patent Document 1 below controls an EGR rate (or EGR amount) of an internal combustion engine equipped with a supercharger. There is a mutual interference between the EGR rate and the supercharging pressure, and it is difficult to simultaneously control both the EGR rate and the intake pipe pressure (or intake air amount) with a one-input one-output controller. In addition, the responsiveness varies depending on the operation region of the internal combustion engine, and the turbocharger has a turbo lag (dead time). Under such circumstances, the sliding mode control, which is an effective control method for the non-linear control target, is adopted, and a multi-input multi-output controller is designed in consideration of the interaction to perform EGR control (for example, (See Patent Document 1).

スライディングモード制御系においてコントローラが算出する、制御入力Uの要素である非線形入力項Unlは、原理的には下式(数1)の形をとる。 The nonlinear input term Unl , which is an element of the control input U calculated by the controller in the sliding mode control system, takes the form of the following equation (Equation 1) in principle.

Figure 0005460267
Figure 0005460267

Sは切換超平面を構成する行列、Bは状態方程式における入力行列、kは非線形入力Unlの算出にあたり乗ずる非線形切換ゲイン、σは切換関数である。 S is a matrix constituting the switching hyperplane, B is an input matrix in the state equation, k is a non-linear switching gain multiplied in the calculation of the nonlinear input U nl, sigma is the switching function.

非線形入力Unlは、プラントの状態を切換超平面に引き寄せ、超平面上に拘束する働きをする。だが、プラントの状態が超平面に近づくと、非線形入力Unlが高速で切り換わり、超平面上を滑るのではなくその近傍で高周波振動するチャタリングを起こすおそれがある。よって、通常、平滑化係数ηを導入することで、非線形入力の変動の平滑化ひいてはチャタリングの抑制を図っている(例えば、下記特許文献2を参照)。平滑化係数ηを導入した場合の非線形入力Unlは、下式(数2)となる。 Nonlinear input U nl attracts the state of the plant on the switching hyperplane, which serves to restrain on the hyperplane. However, when the state of the plant approaches the hyperplane, the nonlinear input Unl switches at high speed, and there is a risk of causing chattering that oscillates in the vicinity of the hyperplane instead of sliding on the hyperplane. Therefore, in general, the smoothing coefficient η is introduced to smooth the fluctuation of the nonlinear input and to suppress chattering (see, for example, Patent Document 2 below). The non-linear input Unl when the smoothing coefficient η is introduced is expressed by the following equation (Equation 2).

Figure 0005460267
Figure 0005460267

スライディングモードコントローラによる内燃機関のEGR及び吸気管内圧力制御は、大いに有望である。しかし、特定の運転領域(より具体的には、高回転高負荷域)で、希に制御入出力がハンチングし発散することがあった。   EGR and intake pipe pressure control of an internal combustion engine by a sliding mode controller is very promising. However, the control input / output sometimes hunted and diverged in a specific operation region (more specifically, a high rotation / high load region).

特開2007−032462号公報JP 2007-032462 A 特開2006−283826号公報JP 2006-283826 A

本発明は、スライディングモード制御系において、希に制御入出力がハンチングする問題を実効的に解決することを所期の目的としている。   An object of the present invention is to effectively solve the problem that control input / output rarely hunts in a sliding mode control system.

本発明では、内燃機関またはこれに付帯する装置をスライディングモード制御するものであって、スライディングモードコントローラが演算する、操作部に与えるべき制御入力Uのうちの非線形入力項Unlが下式(数3)の形で表されることを特徴とする制御装置を構成した。 In the present invention, the internal combustion engine or the device attached thereto is controlled in the sliding mode, and the nonlinear input term Unl of the control input U to be given to the operation unit, which is calculated by the sliding mode controller, is expressed by the following equation The control device is characterized by being expressed in the form of 3).

Figure 0005460267
Figure 0005460267

ここで、Sは切換超平面を構成する行列、Bは状態方程式における入力行列、Jは非線形入力Unlの算出にあたり乗ずるゲイン、σは切換関数である。ゲインJは、内燃機関の運転領域に応じて切り換える。このとき、ゲインJの切り換えの前後で非線形入力項U nl がステップ的に変動しないように、切り換え直後の時点における切換関数σを算出する。 Here, S is the matrix that constitutes the switching hyperplane, B is an input matrix in the state equation, J gain multiplied in the calculation of the nonlinear input U nl, sigma is the switching function. The gain J is switched according to the operating region of the internal combustion engine. At this time, the switching function σ immediately after the switching is calculated so that the nonlinear input term Unl does not change stepwise before and after the switching of the gain J.

従前の平滑化係数ηを導入した非線形入力Unl(数2)について、再度検討する。図5に、切換関数σと、非線形入力Unlを規定する因数Σ(数4)との関係を模式的に示している。 The nonlinear input U nl ( Equation 2) into which the conventional smoothing coefficient η is introduced will be examined again. FIG. 5 schematically shows the relationship between the switching function σ and the factor Σ (Equation 4) that defines the nonlinear input Unl .

Figure 0005460267
Figure 0005460267

σ及びΣは制御入力Uと同次元数のベクトルであり、図5は数学的に正確ではないが、敢えてこの図5に則して述べると、σ=0においてグラフの傾きが最も急峻であり、σの絶対値(または、ノルム)が大きくなるほどグラフの傾きは緩やかになってΣ→±1に漸近する。また、σ=0周辺でのグラフの傾きは、平滑化係数ηが小さいほど急になる。図5から、σの絶対値が0に近い、即ちプラントの状態が超平面付近にあるときには、σが少し増減するだけでもΣひいてはUnlが大きく変動することが分かる。 σ and Σ are vectors of the same dimensionality as the control input U, and FIG. 5 is not mathematically accurate. However, according to FIG. 5, the graph has the steepest slope at σ = 0. As the absolute value (or norm) of σ increases, the slope of the graph becomes gentler and gradually approaches Σ → ± 1. Also, the slope of the graph around σ = 0 becomes steeper as the smoothing coefficient η decreases. From FIG. 5, it can be seen that when the absolute value of σ is close to 0, that is, the state of the plant is in the vicinity of the hyperplane, Σ and therefore U nl fluctuate greatly even if σ slightly increases or decreases.

各種センサを介して計測される制御出力Yの値は、(その振れ幅自体は微少であったとしても)頻繁に上下するのが普通である。制御出力Yと状態量Xとの間にはY=CXなる出力方程式の関係が存在し、制御出力Yが頻繁に上下することは状態量Xが頻繁に上下することを意味する。従って、切換関数σ=SXもまた、頻繁に上下し得るということになる。   The value of the control output Y measured through various sensors usually goes up and down frequently (even if the fluctuation width itself is very small). There is an output equation relationship of Y = CX between the control output Y and the state quantity X, and the control output Y frequently going up and down means that the state quantity X goes up and down frequently. Therefore, the switching function σ = SX can also rise and fall frequently.

そして、σが0に近い値域で頻繁に上下すると、非線形入力Unlが急激に増減し、それが制御出力Yに影響を及ぼしてYを振動させる。さらに、制御出力Yの振動がσの振動を惹起して、Unlの急増減に拍車をかけ……というように、Yの振動が帰還する状況となり、制御入出力U、Yがハンチングするに至っていた。 When σ frequently rises and falls in a value range close to 0, the nonlinear input Unl increases and decreases rapidly, which affects the control output Y and vibrates Y. Furthermore, the vibration of the control output Y causes the vibration of σ, spurs the sudden increase / decrease of U nl , and so on, so that the vibration of Y returns, and the control inputs / outputs U and Y hunt. It was reached.

本発明は、上記の事象に初めて着目してなされたものであり、非線形入力Unlを(数3)の形に改めることによって、Unlのチャタリングを回避しながら、σが0に近い値域で上下したとしてもUnlが急激に増減しないようにしたのである。 The present invention has been made by paying attention to the above phenomenon for the first time. By changing the nonlinear input U nl to the form of ( Equation 3), while avoiding chattering of U nl , σ is in a range close to 0. Even if it goes up and down, U nl does not increase or decrease suddenly.

また、非線形入力Unlから平滑化係数ηが消失することに伴い、平滑化係数ηの適合を行う工数を削減できるという副効用もある。ηは、制御入力Uと同次元数のベクトルであるので、多入力系では設計工数削減の意義が小さくない。 Along with the non-linear input U nl from smoothing coefficient eta is lost, there is also a side benefit of reducing the number of steps for performing adaptation of the smoothing coefficient eta. Since η is a vector having the same number of dimensions as the control input U, the significance of reducing the design man-hour is not small in a multi-input system.

尤も、式(数3)の非線形入力Unlは、σの絶対値の増大に伴って際限なく巨大化するおそれがある。そこで、式(数3)に則って算出した非線形入力項Unlが所定閾値を超えた暁には、非線形入力項Unlを当該閾値にクリップした上で制御入力Uを算定することが望ましい。スライディングモードコントローラが演算した線形入力項U eq 及び非線形入力項U nl に、さらに、内燃機関の運転領域毎に設定した適応項を加味してもよい。 However, the nonlinear input U nl of equation (3), there is a risk of huge indefinitely with an increase in the absolute value of sigma. Therefore, when the nonlinear input term U nl calculated in accordance with Equation (3) exceeds a predetermined threshold value, it is desirable to calculate the control input U after clipping the nonlinear input term U nl to the threshold value. An adaptive term set for each operating region of the internal combustion engine may be added to the linear input term U eq and the nonlinear input term U nl calculated by the sliding mode controller .

本発明によれば、スライディングモード制御系において、希に制御入出力がハンチングする問題を実効的に解決することができる。   According to the present invention, in the sliding mode control system, it is possible to effectively solve the problem that the control input / output rarely hunts.

本発明の一実施形態におけるEGRシステムのハードウェア資源構成図。The hardware resource block diagram of the EGR system in one Embodiment of this invention. 同実施形態の制御装置の構成説明図。Configuration explanatory drawing of the control apparatus of the embodiment. 同実施形態の適応スライディングモードコントローラのブロック線図。The block diagram of the adaptive sliding mode controller of the embodiment. 同実施形態の制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the process which the control apparatus of the embodiment performs. 切換関数σと平滑化係数ηを導入した因数Σとの関係を概念的に例示する図。The figure which illustrates notionally the relationship between switching function (sigma) and factor (SIGMA) which introduced smoothing coefficient (eta).

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に示すものは、本発明の適用対象の一であるEGRシステムである。内燃機関2に付帯するこのEGRシステムは、吸排気系3、4における複数の流体圧または流量に関する値を検出するための計測器11、12と、それらの値に目標値を設定し、各値を目標値に追従させるべく複数の操作部45、42、33を操作する制御装置たるECU(Electronic Control Unit)5とを具備してなる。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. What is shown in FIG. 1 is an EGR system that is one of the objects to which the present invention is applied. The EGR system incidental to the internal combustion engine 2 includes measuring devices 11 and 12 for detecting values related to a plurality of fluid pressures or flow rates in the intake and exhaust systems 3 and 4, and setting target values to these values. ECU (Electronic Control Unit) 5 which is a control device for operating a plurality of operation units 45, 42, 33 in order to follow the target value.

内燃機関2は、例えば過給機を備えたディーゼルエンジンである。内燃機関2の吸気系3には、可変ターボのコンプレッサ31を配設するとともに、その下流に吸気冷却用のインタークーラ32、及び新気量を調節するDスロットルバルブ33を設ける。また、新気量を計測する流量計11、吸気管内圧力を計測する圧力計12をそれぞれ設置する。   The internal combustion engine 2 is a diesel engine equipped with a supercharger, for example. The intake system 3 of the internal combustion engine 2 is provided with a variable turbo compressor 31 and an intercooler 32 for intake air cooling and a D throttle valve 33 for adjusting the amount of fresh air downstream thereof. In addition, a flow meter 11 that measures the amount of fresh air and a pressure meter 12 that measures the pressure in the intake pipe are installed.

内燃機関2の排気系4には、コンプレッサ31を駆動するタービン41を配設し、タービン41の入口には過給機のA/R比を増減させるためのノズルベーン42を設ける。タービン41の下流には、DPF(Diesel Particulate Filter)(図示せず)を設置する。そして、内燃機関2の燃焼室より排出される排気ガスの一部を吸気系3に還流させるEGR通路43を形成する。EGR通路43は、吸気系3におけるスロットルバルブ33よりも下流に接続する。EGR通路43には、排気冷却用のEGRクーラ44と、通過する排気ガス(EGRガス)量を調節する外部EGRバルブ45とを設ける。   The exhaust system 4 of the internal combustion engine 2 is provided with a turbine 41 for driving the compressor 31, and a nozzle vane 42 for increasing or decreasing the A / R ratio of the supercharger is provided at the inlet of the turbine 41. A DPF (Diesel Particulate Filter) (not shown) is installed downstream of the turbine 41. Then, an EGR passage 43 for recirculating a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine 2 to the intake system 3 is formed. The EGR passage 43 is connected downstream of the throttle valve 33 in the intake system 3. The EGR passage 43 is provided with an EGR cooler 44 for cooling the exhaust, and an external EGR valve 45 that adjusts the amount of exhaust gas (EGR gas) that passes therethrough.

本実施形態では、EGR率(または、EGR量)と、吸気管内圧力(または、吸気量)とについて各々目標値を設定し、双方の制御量を一括に目標値に向かわせるべく複数の操作部、即ちEGRバルブ45、可変ターボのノズル42及びスロットルバルブ33を操作する制御を実施する。   In the present embodiment, a target value is set for each of the EGR rate (or EGR amount) and the intake pipe pressure (or intake air amount), and a plurality of operation units are set so that both control amounts are directed toward the target value. That is, control for operating the EGR valve 45, the variable turbo nozzle 42 and the throttle valve 33 is performed.

EGRバルブ45、ノズルベーン42、スロットルバルブ33は、ECU5により統御されてその開度をリニアに変化させる。各操作部45、42、33は、駆動信号のデューティ比を増減させることで開度を変える電気式のバルブや、あるいはバキュームコントロールバルブ等と組み合わされ弁体のリフト量を制御して開度を変える機械式のバルブ等を用いてなる。   The EGR valve 45, the nozzle vane 42, and the throttle valve 33 are controlled by the ECU 5 to change their opening degrees linearly. Each operation unit 45, 42, 33 is combined with an electric valve that changes the opening by increasing or decreasing the duty ratio of the drive signal, or a vacuum control valve, etc. It uses mechanical valves that change.

ECU5は、プロセッサ、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)またはフラッシュメモリ、A/D変換回路、D/A変換回路等を包有するマイクロコンピュータである。ECU5は、EGR率及び吸気管内圧力を検出するための計測器11、12の他、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温、大気圧、DPFの前後差圧(DPFの上流側排気圧と下流側排気圧との差)等を検出する各種計測器(図示せず)と電気的に接続し、これら計測器から出力される信号を受け取って各値を知得することができる。   The ECU 5 is a microcomputer including a processor, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory) or a flash memory, an A / D conversion circuit, a D / A conversion circuit, and the like. In addition to the measuring instruments 11 and 12 for detecting the EGR rate and the intake pipe pressure, the ECU 5 includes the engine speed, the accelerator pedal depression amount, the cooling water temperature, the intake air temperature, the external air temperature, the atmospheric pressure, and the differential pressure across the DPF. It is electrically connected to various measuring instruments (not shown) that detect (difference between upstream and downstream exhaust pressures of DPF), etc., and receives signals output from these measuring instruments to know each value. Can be obtained.

因みに、本実施形態では、EGR率を直接計測していない。内燃機関2のシリンダに入る空気量は、可変ターボのノズル開度を基に予測することが可能である。その空気量の予測値をgcylとおき、流量計11で計測される新気量をgaとおくと、推定EGR率eegrについて、eegr=1−ga/gcylなる関係が成立する。ECU5のROMまたはフラッシュメモリには予め、可変ターボのノズル開度とシリンダに入る空気量との関係を定めたマップデータが記憶されている。ECU5は、可変ターボのノズル開度をキーとしてマップを検索し、シリンダに入る空気量の予測値を得、これと新気量とを上記式に代入してEGR率を算出する。 Incidentally, in this embodiment, the EGR rate is not directly measured. The amount of air entering the cylinder of the internal combustion engine 2 can be predicted based on the nozzle opening of the variable turbo. The predicted value of the air amount g cyl Distant, if the fresh air amount measured by the flow meter 11 is denoted by g a, the estimated EGR rate e egr, e egr = 1- g a / g cyl the relationship is established To do. The ROM or flash memory of the ECU 5 stores in advance map data that defines the relationship between the variable turbo nozzle opening and the amount of air entering the cylinder. The ECU 5 searches the map using the nozzle opening of the variable turbo as a key, obtains a predicted value of the amount of air entering the cylinder, and substitutes this and the new amount of air into the above formula to calculate the EGR rate.

並びに、ECU5は、EGRバルブ45、可変ターボのノズル42、スロットルバルブ33や、燃料噴射を司るインジェクタ及び燃料ポンプ等(図示せず)と電気的に接続しており、これらを駆動するための信号を入力することができる。   In addition, the ECU 5 is electrically connected to the EGR valve 45, the variable turbo nozzle 42, the throttle valve 33, an injector for controlling fuel injection, a fuel pump, and the like (not shown), and signals for driving them. Can be entered.

ECU5で実行するべきプログラムはROMまたはフラッシュメモリに予め記憶されており、その実行の際にRAMへ読み込まれ、プロセッサによって解読される。ECU5は、プログラムに従い内燃機関2を制御する。例えば、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温等の諸条件に基づき要求される燃料噴射量(いわば、要求されるエンジン負荷)を決定し、その要求噴射量に対応する駆動信号をインジェクタ等に入力して燃料噴射を制御する。その上で、ECU5は、プログラムに従い、図2、図3に示すサーボコントローラ51及び補正制御部52としての機能を発揮する。   A program to be executed by the ECU 5 is stored in advance in a ROM or a flash memory, and is read into the RAM at the time of execution and is decoded by the processor. The ECU 5 controls the internal combustion engine 2 according to a program. For example, a required fuel injection amount (so-called required engine load) is determined based on various conditions such as engine speed, accelerator pedal depression amount, cooling water temperature, etc., and a drive signal corresponding to the required injection amount is injected into the injector. To control the fuel injection. In addition, the ECU 5 exhibits functions as the servo controller 51 and the correction control unit 52 shown in FIGS. 2 and 3 according to the program.

サーボコントローラ51は、スライディングモードコントローラであって、EGR率及び吸気管内圧力のスライディングモード制御を担う。フィードバック制御時、ECU5は、各種計測器(図示せず)が出力する信号を受け取ってエンジン回転数、アクセル踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温及び気圧等を知得し、要求噴射量を決定する。続いて、少なくともエンジン回転数及び要求噴射量に基づき、目標EGR率及び目標吸気管内圧力を設定する。ECU5のROMまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべき各目標値を示すマップデータが記憶されている。ECU5は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索し、EGR率及び吸気管内圧力の目標値を得る。さらに、マップを参照して得た目標値を基本値とし、これを冷却水温、吸気温、外部の気温や気圧等に応じて補正して最終的な目標値とする。   The servo controller 51 is a sliding mode controller and is responsible for the sliding mode control of the EGR rate and the intake pipe pressure. During feedback control, the ECU 5 receives signals output from various measuring instruments (not shown), and knows the engine speed, accelerator depression amount, cooling water temperature, intake air temperature, external temperature and pressure, etc., and the required injection amount To decide. Subsequently, the target EGR rate and the target intake pipe pressure are set based on at least the engine speed and the required injection amount. The ROM or flash memory of the ECU 5 stores in advance map data indicating each target value to be set according to the engine speed and the required injection amount. The ECU 5 searches the map using the engine speed and the required injection amount as keys, and obtains target values for the EGR rate and the intake pipe pressure. Further, the target value obtained by referring to the map is set as a basic value, and this is corrected according to the cooling water temperature, the intake air temperature, the outside air temperature, the atmospheric pressure, and the like to obtain the final target value.

そして、ECU5は、計測器11、12が出力する信号を受け取ってEGR率及び吸気管内圧力の現在値を知得し、各制御量の現在値と目標値との偏差からEGRバルブ45の開度、可変ターボのノズル42の開度及びスロットルバルブ33の開度を演算して、各々の操作量に対応する駆動信号をそれら操作部45、42、33に入力、開度を操作する。   Then, the ECU 5 receives signals output from the measuring instruments 11 and 12 to obtain the current values of the EGR rate and the intake pipe pressure, and the opening of the EGR valve 45 from the deviation between the current value of each control variable and the target value. Then, the opening degree of the variable turbo nozzle 42 and the opening degree of the throttle valve 33 are calculated, and a drive signal corresponding to each operation amount is input to the operation units 45, 42, 33 to operate the opening degree.

EGR率の適応スライディングモード制御に関して補記する。状態方程式及び出力方程式は、下式(数5)の通りである。   A supplementary explanation will be given regarding adaptive sliding mode control of the EGR rate. The state equation and the output equation are as shown in the following equation (Equation 5).

Figure 0005460267
Figure 0005460267

本実施形態では、状態量ベクトルXを出力ベクトルYから直接知得できる構造とする、換言すれば計測器11、12を介して検出可能な値を直接の制御対象とすることにより、状態推定オブザーバを排して推定誤差に伴う制御性能の低下を予防している。出力行列Cは既知、本実施形態では単位行列とする。   In this embodiment, the state quantity vector X has a structure that can be directly obtained from the output vector Y. In other words, a value that can be detected via the measuring instruments 11 and 12 is directly controlled, so that the state estimation observer. This prevents the deterioration of the control performance due to the estimation error. The output matrix C is known, and is a unit matrix in this embodiment.

プラントのモデル化、即ち状態方程式(数5)における係数行列A及び入力行列Bの同定にあたっては、各操作部45、42、33に様々な周波数からなるM系列信号を入力して開度を操作し、EGR率及び吸気管内圧力の値を観測して、その入出力データから行列A、Bを同定する。各操作部45、42、33に入力するM系列信号は、互いに無相関なものとする。これにより、各値の相互干渉を考慮したモデルを作成することができる。   In plant modeling, that is, in identifying the coefficient matrix A and the input matrix B in the equation of state (Equation 5), the opening degree is manipulated by inputting M-sequence signals having various frequencies to the operation units 45, 42, and 33. Then, the values of the EGR rate and the intake pipe pressure are observed, and the matrices A and B are identified from the input / output data. It is assumed that the M-sequence signals input to the operation units 45, 42, and 33 are uncorrelated with each other. This makes it possible to create a model that takes into account the mutual interference between the values.

図3に、本実施形態の適応スライディングモード制御系のブロック線図を示す。スライディングモードコントローラ51の設計手順には、切換超平面の設計と、状態量を切換超平面に拘束するための非線形切換入力の設計とが含まれる。1形のサーボ系を構成するべく、当初の状態量ベクトルXに、目標値ベクトルRと出力ベクトルYとの偏差の積分値ベクトルZを付加した新たな状態量ベクトルXeを定義すると、下式(数6)に示す拡大系の状態方程式を得る。 FIG. 3 shows a block diagram of the adaptive sliding mode control system of the present embodiment. The design procedure of the sliding mode controller 51 includes the design of the switching hyperplane and the design of a nonlinear switching input for constraining the state quantity to the switching hyperplane. If a new state quantity vector Xe is defined by adding an integral value vector Z of the deviation between the target value vector R and the output vector Y to the original state quantity vector X in order to constitute a type 1 servo system, An expanded system equation of state shown in (Expression 6) is obtained.

Figure 0005460267
Figure 0005460267

スライディングモードコントローラ51は、EGR率y1及び吸気管内圧力y2を制御出力変数とし、EGRバルブ45の開度u1、可変ターボのノズルベーン42の開度u2及びスロットルバルブ33の開度u3を制御入力変数とした3入力2出力のフィードバック制御を行う。状態変数の個数(システムの次数)は、当初の系(数5)では出力変数の個数と同じく2、拡大系(数6)では4となる。制御出力及び状態量をこのように特定することで、排気ガスに直接触れる箇所に流量計等の計測器を設置する必要がなくなる。 Sliding mode controller 51, the EGR rate y 1 and the intake pipe pressure y 2 as a control output variable, the opening degree u 1 of the EGR valve 45, the opening degree u 3 of opening u 2 and the throttle valve 33 of the variable turbo nozzle vanes 42 Performs 3-input 2-output feedback control using as a control input variable. The number of state variables (system order) is 2 in the initial system (Formula 5), and 4 in the expanded system (Formula 6). By specifying the control output and the state quantity in this way, there is no need to install a measuring instrument such as a flow meter at a location where it directly contacts the exhaust gas.

安定余裕を考慮し、切換超平面の設計にはシステムの零点を用いた設計手法を用いる。即ち、上式(数6)の拡大系がスライディングモードを生じているときの等価制御系が安定となるように超平面を設計する。切換関数σを式(数7)で定義すると、状態が超平面に拘束されている場合にσ=0かつ式(数8)が成立する。   In consideration of the stability margin, the design method using the zero of the system is used to design the switching hyperplane. That is, the hyperplane is designed so that the equivalent control system is stable when the expansion system of the above equation (Equation 6) is generating the sliding mode. When the switching function σ is defined by Expression (Expression 7), σ = 0 and Expression (Expression 8) holds when the state is constrained to the hyperplane.

Figure 0005460267
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Figure 0005460267
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故に、スライディングモードが生じているときの線形入力(等価制御入力)は、下式(数9)となる。   Therefore, the linear input (equivalent control input) when the sliding mode occurs is expressed by the following equation (Equation 9).

Figure 0005460267
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上式(数9)の線形入力を拡大系の状態方程式(数6)に代入すると、下式(数10)の等価制御系となる。   Substituting the linear input of the above equation (Equation 9) into the state equation (Equation 6) of the expanded system results in an equivalent control system of the following equation (Equation 10).

Figure 0005460267
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この等価制御系が安定になるように超平面を設計することと、目標値Rを無視した系に対して設計することとは等価であるので、下式(数11)が成立する。   Designing a hyperplane so that this equivalent control system is stable is equivalent to designing a system in which the target value R is ignored, so the following equation (Equation 11) holds.

Figure 0005460267
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上式(数11)の系に対して安定度εを考慮し、最適制御理論を用いてフィードバックゲインを求め、それを超平面とすると、下式(数12)となる。   Taking the stability ε into consideration for the system of the above equation (Equation 11), obtaining the feedback gain using the optimal control theory, and making it a hyperplane, the following equation (Equation 12) is obtained.

Figure 0005460267
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行列Psは、リカッチ方程式(数13)の正定解である。 The matrix P s is a positive definite solution of the Riccati equation (Equation 13).

Figure 0005460267
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リカッチ方程式(数13)におけるQsは制御目的の重み行列で、非負定な対称行列である。q1、q2は偏差の積分Zに対する重みであり、制御系の周波数応答の速さの違いにより決定する。q3、q4は出力Yに対する重みであり、ゲインの大きさの違いにより決定する。また、リカッチ方程式(数13)におけるRsは制御入力の重み行列で、正定対称行列である。εは安定余裕係数で、ε≧0となるように指定する。 Q s in the Riccati equation (Equation 13) is a weight matrix for control purposes and is a non-negative definite symmetric matrix. q 1 and q 2 are weights for the integral Z of the deviation, and are determined by the difference in the speed of the frequency response of the control system. q 3 and q 4 are weights for the output Y, and are determined by the difference in the magnitude of the gain. Further, R s in the Riccati equation (Equation 13) is a weight matrix of the control input and is a positive definite symmetric matrix. ε is a stability margin coefficient and is specified so that ε ≧ 0.

なお、上記式(数12)、(数13)に替えて、以下に示す離散系の超平面構築式(数14)及び代数リカッチ方程式(数15)を用いてもよい。   Instead of the above equations (Equation 12) and (Equation 13), the following discrete hyperplane construction equation (Equation 14) and algebraic Riccati equation (Equation 15) may be used.

Figure 0005460267
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Figure 0005460267
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超平面に拘束するための入力の設計には、最終スライディングモード法を用いる。ここでは、制御入力Uを、線形入力Ueqと新たな入力即ち非線形入力(非線形制御入力)Unlとの和として、下式(数16)で表す。 The final sliding mode method is used to design the input for constraining to the hyperplane. Here, the control input U is expressed by the following equation (Equation 16) as the sum of the linear input U eq and a new input, that is, a non-linear input (non-linear control input) U nl .

Figure 0005460267
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切換関数σを安定させたいので、σについてのリアプノフ関数を下式(数17)のように選び、これを微分すると式(数18)となる。   Since it is desired to stabilize the switching function σ, the Lyapunov function for σ is selected as shown in the following equation (Equation 17) and differentiated to obtain the equation (Equation 18).

Figure 0005460267
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Figure 0005460267
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式(数16)を式(数18)に代入すると、下式(数19)となる。   Substituting equation (Equation 16) into equation (Equation 18) yields the following equation (Equation 19).

Figure 0005460267
Figure 0005460267

非線形入力Unlを下式(数20)とすると、リアプノフ関数の微分は式(数21)となる。 When the following expression nonlinear input U nl (number 20), the derivative of the Lyapunov function becomes equation (21).

Figure 0005460267
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Figure 0005460267
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従って、切換ゲインkを正とすれば、リアプノフ関数の微分値を負とすることができ、スライディングモードの安定性が保証される。   Therefore, if the switching gain k is positive, the differential value of the Lyapunov function can be negative, and the stability of the sliding mode is guaranteed.

そして、式(数20)における切換ゲインkを式(数22)で置き換えると、非線形入力Unlは式(数23)となる。 When the switching gain k in the equation (Equation 20) is replaced with the equation (Equation 22), the nonlinear input Unl becomes the equation (Equation 23).

Figure 0005460267
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Figure 0005460267
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非線形ゲインJは、下式(数24)に示すように、ベクトル因数Jkにスカラ因数kを乗じたものである。 The nonlinear gain J is obtained by multiplying the vector factor J k by the scalar factor k as shown in the following equation (Equation 24).

Figure 0005460267
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式(数24)におけるベクトルJk=[jk1,jk2,jk3Tは、従前の非線形入力Unl(数2)における切換ゲインベクトルkと同様、EGRバルブ45の開度u1、可変ターボのノズルベーン42の開度u2及びスロットルバルブ33の開度u3の各々と、EGR率y1及び吸気管内圧力y2の各々との間の入出力特性に基づいて決定する。 The vector J k = [j k1 , j k2 , j k3 ] T in the equation (Equation 24) is similar to the switching gain vector k in the conventional nonlinear input U nl (Equation 2), the opening degree u 1 of the EGR valve 45, This is determined based on input / output characteristics between the opening degree u 2 of the variable vane nozzle vane 42 and the opening degree u 3 of the throttle valve 33, and the EGR rate y 1 and the intake pipe pressure y 2 .

各制御入力u1、u2、u3に対する各制御出力y1、y2のステップ応答を観測すれば、バルブ45、42、33の開度u1、u2、u3が単位量(典型的には、開度値1%)変化したときのEGR率y1、吸気管内圧力y2の変化量を知ることができる。Jkは、ステップ応答における、各バルブ45、42、33の制御出力y1、y2に対する寄与度を均等化するように定めることが好ましい。つまり、EGRバルブ45の開度変化に対する制御出力y1、y2の感度は比較的低い(EGRバルブ45を操作しても制御出力y1、y2はあまり変化しない)ので、EGRバルブ45に係る非線形入力値unl1を算出するために乗ずるべきゲインjk1は比較的大きな値とする。逆に、ノズルベーン42の開度変化に対する制御出力y1、y2の感度は比較的高い(ノズルベーン42を操作することで制御出力y1、y2が少なからず変化する)ので、ノズルベーン42に係る非線形入力値unl2を算出するために乗ずるべきゲインjk2は比較的小さな値とする。 If the step responses of the control outputs y 1 , y 2 with respect to the control inputs u 1 , u 2 , u 3 are observed, the openings u 1 , u 2 , u 3 of the valves 45, 42, 33 are unit quantities (typical) Specifically, it is possible to know the amount of change in the EGR rate y 1 and the intake pipe pressure y 2 when the opening degree is changed by 1%. J k is preferably determined so that contributions to the control outputs y 1 and y 2 of the valves 45, 42 and 33 in the step response are equalized. That is, the sensitivity of the control outputs y 1 and y 2 with respect to changes in the opening degree of the EGR valve 45 is relatively low (the control outputs y 1 and y 2 do not change much even when the EGR valve 45 is operated). The gain j k1 to be multiplied in order to calculate the nonlinear input value unl1 is a relatively large value. On the contrary, the sensitivity of the control outputs y 1 and y 2 with respect to the change in the opening degree of the nozzle vane 42 is relatively high (the control outputs y 1 and y 2 change not a little by operating the nozzle vane 42). The gain j k2 to be multiplied to calculate the nonlinear input value unl2 is a relatively small value.

ベクトルJkは、例えばJk=[2.18,0.68,1]Tと決定する。この例示値Jkは、ステップ応答において、EGRバルブ45の開度u1を2.18%変化させた際に生ずる制御入力y1、y2の変化量と、ノズルベーン42の開度u2を0.68%変化させた際に生ずる制御入力y1、y2の変化量と、スロットルバルブ33の開度u3を1%変化させたときに生ずる制御入力y1、y2の変化量とが概ね等しいと考えられる旨を意味している。 The vector J k is determined as, for example, J k = [2.18, 0.68, 1] T. This example value J k indicates the amount of change in the control inputs y 1 and y 2 generated when the opening u 1 of the EGR valve 45 is changed 2.18% in the step response, and the opening u 2 of the nozzle vane 42. and the amount of change in the control input y 1, y 2 generated when varying 0.68%, and the amount of change in the control input y 1, y 2 which occurs when the opening degree u 3 of the throttle valve 33 is changed 1% Is considered to be roughly equal.

また、式(数24)におけるスカラkは適合係数であり、コントローラ51設計時の適合を通じて適宜に決定する。   Further, the scalar k in the equation (Equation 24) is a fitness coefficient, and is appropriately determined through adaptation at the time of designing the controller 51.

総じて、スライディングモードコントローラ51が算出する制御入力Uは、下式(数25)となる。   In general, the control input U calculated by the sliding mode controller 51 is expressed by the following equation (Equation 25).

Figure 0005460267
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尤も、本実施形態のような3入力2出力のシステムでは、det(SBe)=0が成立し、行列(SBe)は正則とはならない。そこで、逆行列(SBe-1を、一般化逆行列として算定する。一般化逆行列には、例えばムーア・ペンローズ型の逆行列(SBeを用いる。 However, in a three-input two-output system as in this embodiment, det (SB e ) = 0 holds, and the matrix (SB e ) is not regular. Therefore, the inverse matrix (SB e ) −1 is calculated as a generalized inverse matrix. As the generalized inverse matrix, for example, a Moore-Penrose-type inverse matrix (SB e ) is used.

しかして、補正制御部52は、内燃機関2の現在の運転領域等に応じ、操作部45、42、33に与えるべき制御入力Uに補正を施す。   Accordingly, the correction control unit 52 corrects the control input U to be given to the operation units 45, 42, 33 in accordance with the current operation region of the internal combustion engine 2.

まず、補正制御部52は、スライディングモードコントローラ51が式(数23)に則り算出する非線形入力Unlが所定閾値を超える場合に、非線形入力項Unlを当該閾値にクリップする。即ち、コントローラ51が算出する非線形入力Unl=[unl1,unl2,unl3Tの成分unl1、unl2またはunl3が、それぞれに対する閾値を超える場合に、その成分値unl1、unl2またはunl3を閾値に書き換える。本実施形態では、各成分値unl1、unl2またはunl3に対する閾値を、バルブ45、42、33の開度値換算で±50%と定めており、unl1、unl2またはunl3の値が50%を上回るのであればそのunl1、unl2またはunl3の値を50%にクリップし、−50%を下回るのであればそのunl1、unl2またはunl3の値を−50%にクリップする。 First, the correction control unit 52, when the nonlinear input U nl of the sliding mode controller 51 calculates pursuant to equation (23) exceeds a predetermined threshold value, clips the nonlinear input term U nl to the threshold value. That is, when the components u nl1 , u nl2 or u nl3 of the nonlinear input U nl = [u nl1 , u nl2 , u nl3 ] T calculated by the controller 51 exceed the respective threshold values, the component values u nl1 , u n1 Rewrite nl2 or unl3 as a threshold value. In the present embodiment, the threshold value for each component value u nl1 , u nl2 or u nl3 is defined as ± 50% in terms of the opening value of the valves 45, 42 , 33 , and the value of u nl1 , u nl2 or unl3 If the value exceeds 50%, the value of unil1 , unl2, or unl3 is clipped to 50%, and if it is less than -50%, the value of unl1 , unl2, or unl3 is set to -50%. Clip.

並びに、補正制御部52は、線形入力Ueqと非線形入力Unlとの和である制御入力U(数25)に、さらに補正項Umapを加味する。スライディングモードコントローラ51の設計においては、特定の運転領域、即ちある特定のエンジン回転数及び要求燃料噴射量の下における内燃機関2のノミナルモデル(行列A、B)を同定し、状態方程式(数6)を得て切換超平面Sを導出している。ノミナルモデルと実プラントとの間のモデル化誤差(摂動)は、低回転低負荷域や高回転高負荷域等、ノミナルポイントから離れた領域では拡大する。補正項Umapは、このモデル化誤差を縮小して非線形入力Unlを速やかに0へと収束させるための適応項(マップ項)である。 In addition, the correction control unit 52 further adds a correction term U map to the control input U (Equation 25) which is the sum of the linear input U eq and the nonlinear input U nl . In the design of the sliding mode controller 51, a nominal model (matrixes A and B) of the internal combustion engine 2 under a specific operating region, that is, a specific engine speed and a required fuel injection amount is identified, and a state equation (Equation 6 ) To derive the switching hyperplane S. The modeling error (perturbation) between the nominal model and the actual plant is increased in a region away from the nominal point, such as a low rotation / low load region or a high rotation / high load region. The correction term U map is an adaptive term (map term) for reducing this modeling error and causing the nonlinear input Unl to quickly converge to zero.

mapマップは、個々の運転領域[エンジン回転数,燃料噴射量]毎にその運転領域に適した(または、代表的な)目標EGR率及び目標吸気管内圧力を定め、この目標を実機の内燃機関2で達成した定常状態における各操作部45、42、33の開度Ubaseを計測するとともに、同一の目標をスライディングモードコントローラ51に与えて偏差のない定常状態における線形入力Ueqを演算させることによって作成する。実機での操作部45、42、33の開度の実測値Ubaseから、スライディングモードコントローラ51による線形入力の算出値Ueqを減算すれば、個々の運転領域[エンジン回転数,吸気管内圧力]に対応したマップ項Umap=Ubase−Ueqを得られる。 The U map map defines a target EGR rate and a target intake pipe pressure that are suitable (or representative) for each operating region [engine speed, fuel injection amount] and sets this target as an internal combustion engine of the actual machine. While measuring the opening degree U base of each operation part 45, 42, 33 in the steady state achieved by the engine 2, the same target is given to the sliding mode controller 51 to calculate the linear input U eq in the steady state with no deviation. Create by. If the calculated value U eq of the linear input by the sliding mode controller 51 is subtracted from the actual measured values U base of the operating units 45, 42, and 33 in the actual machine, individual operation regions [engine speed, intake pipe pressure] A map term U map = U base −U eq corresponding to is obtained.

ECU5のROMまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべきUmapを示すマップデータが記憶されている。ECU5は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索し、補正項Umapを知得、そのUmapをスライディングモードコントローラ51が算出した制御入力Uに加算する。最終的に、操作部45、42、33に与えられる制御入力Uは、下式(数26)となる。 In the ROM or flash memory of the ECU 5, map data indicating U map to be set according to the engine speed and the required injection amount is stored in advance. The ECU 5 searches the map using the engine speed and the required injection amount as keys, obtains the correction term U map , and adds the U map to the control input U calculated by the sliding mode controller 51. Finally, the control input U given to the operation units 45, 42 and 33 is expressed by the following equation (Equation 26).

Figure 0005460267
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なお、現実の内燃機関2の制御では、運転領域[エンジン回転数,燃料噴射量]が同一であったとしても、達成するべき目標EGR率及び/または目標吸気管内圧力が相異するケースが発生し得る。現実の制御における目標がマップの作成の際に定めた目標と異なる場合、最適なマップ項Umapも変わってくる。故に、マップを参照して知得したマップ項Umapに、さらに環境補正を加えるようにすることがより好ましい。環境補正は、目標EGR率及び/または目標吸気管内圧力の基本値を補正するパラメータである冷却水温、吸気温、外気温、大気圧等に応じてマップ項Umapを補正するものである。 In the actual control of the internal combustion engine 2, even if the operation region [engine speed, fuel injection amount] is the same, there are cases where the target EGR rate and / or the target intake pipe pressure to be achieved are different. Can do. When the target in actual control is different from the target set when the map is created, the optimal map term U map also changes. Therefore, it is more preferable to add an environmental correction to the map term U map obtained by referring to the map . The environmental correction is to correct the map term U map according to the cooling water temperature, the intake air temperature, the outside air temperature, the atmospheric pressure, etc., which are parameters for correcting the basic value of the target EGR rate and / or the target intake pipe pressure.

また、補正制御部52は、スライディングモードコントローラ51が非線形入力Unlの算出に用いるゲインJ(ベクトルJk及び/またはスカラk)を、内燃機関2の運転領域に応じて切り換えることができる。非線形入力Unlの急激な増減に起因した制御入出力のハンチングは、高回転高負荷の運転領域にて発生する可能性が高い。そこで、高負荷高回転領域におけるゲインJを、それ以外の運転領域におけるゲインJよりも小さな値に設定することが考えられる。 Further, the correction control unit 52 can switch the gain J (vector J k and / or scalar k) used by the sliding mode controller 51 for calculating the nonlinear input Unl according to the operating region of the internal combustion engine 2. There is a high possibility that hunting of control input / output due to a sudden increase / decrease in the non-linear input Unl will occur in a high rotation / high load operation region. Therefore, it is conceivable to set the gain J in the high load high rotation region to a value smaller than the gain J in the other operation regions.

ECU5のROMまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべきJを示すマップデータが記憶されている。ECU5は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索し、ゲインJを知得、以後の演算サイクルにおいてはそのJを用いて非線形入力Unlの演算を実行する。 In the ROM or flash memory of the ECU 5, map data indicating J that should be set according to the engine speed and the required injection amount is stored in advance. The ECU 5 searches the map using the engine speed and the required injection amount as keys, and obtains the gain J. In the subsequent calculation cycle, the ECU 5 calculates the nonlinear input Unl using the J.

無論、単純にゲインJを切り換えるのみであると、その切り換え前と切り換え後とでスライディングモードコントローラ51が算出する非線形入力Unlがステップ的に変動する。これにより、操作部たる各バルブ45、42、33の開度が跳躍するように変わってしまうため、却って制御入出力のハンチングを引き起こしかねない。従って、ゲインJを切り換えるときには、スライディングモードコントローラ51が参照する状態変数Xeの書き換えを行い、ゲイン切り換え前の非線形入力Unlと切り換え後の非線形入力Unlとの乖離を抑圧する。 Of course, if the gain J is simply switched, the nonlinear input Unl calculated by the sliding mode controller 51 varies stepwise before and after the switching. As a result, the opening degree of each of the valves 45, 42, and 33 as the operation unit changes so as to jump, which may cause hunting of control input / output. Therefore, when switching the gain J is rewritten state variables X e where the sliding mode controller 51 refers to suppressing the divergence of the non-linear input U nl gain before switching of the non-linear input U nl and after the switching.

ゲインをJn-1からJnに切り換える直前に算出された非線形入力Unl(n-1)と、切り換えた直後に算出される非線形入力Unl(n)とが等しくなるためには、下式(数27)が成立する必要がある。 Gain and the J n-1 non-linear input is calculated just before switching to J n from U nl (n-1), to the nonlinear input U nl (n) calculated immediately after switching are equal, the lower Formula (Equation 27) needs to be satisfied.

Figure 0005460267
Figure 0005460267

σn-1はゲイン切り換え直前の時点における切換関数、σnはゲイン切り換え直後の時点における切換関数である。式(数27)を満たすσnを算出し、さらに式(数7)に基づいて当該σnを実現するXeを逆算すれば、Unl(n-1)とUnl(n)とを等しくすることができる。 σ n-1 is a switching function immediately before gain switching, and σ n is a switching function immediately after gain switching. If σ n satisfying equation (Equation 27) is calculated, and X e that realizes σ n is calculated back based on equation (Equation 7), U nl (n−1) and U nl (n) are obtained. Can be equal.

状態量Xe=[xe1e2e3e4Tは、その成分として、制御出力Yと目標値Rとの偏差の時間積分xe1、xe2と、制御出力Y自体xe3、xe4とを含んでいる。状態変数xe3はEGR率y1そのものであり、状態変数xe4は吸気管内圧力y2そのものである。他方、状態変数xe1及びxe2は、非線形入力Unlに影響を及ぼすが、線形入力Ueqには影響を及ぼさない(行列Aeの定義に留意)。よって、式(数27)を満足するような状態変数xe1及び/またはxe2を逆算し、これを書き換えることとする。状態変数xe3及びxe4は、書き換えない。 The state quantity X e = [x e1 x e2 x e3 x e4 ] T includes, as its components, time integrals x e1 and x e2 of deviation between the control output Y and the target value R, and the control output Y itself x e3 and x e . Includes e4 . The state variable x e3 is the EGR rate y 1 itself, and the state variable x e4 is the intake pipe pressure y 2 itself. On the other hand, the state variables x e1 and x e2 affect the nonlinear input U nl but not the linear input U eq (note the definition of the matrix A e ). Therefore, the state variables x e1 and / or x e2 satisfying the equation (Equation 27) are calculated backward and rewritten. The state variables x e3 and x e4 are not rewritten.

図4に、ECU5が実行する処理の手順例を示す。ECU5は、エンジン回転数及び要求燃料噴射量等を参照して、過去の演算サイクルと現在の演算サイクルとの間で運転領域が大きく変化してゲインJを切り換える必要があるか否かを判断する(ステップS1)。   In FIG. 4, the example of a procedure of the process which ECU5 performs is shown. The ECU 5 refers to the engine speed, the required fuel injection amount, and the like to determine whether or not the operating region has changed greatly between the past calculation cycle and the current calculation cycle and the gain J needs to be switched. (Step S1).

ゲインJを切り換える必要がないと判断した場合、線形入力Ueqを算出し(ステップS2)、また以前のゲインJをそのまま用いて非線形入力Unlを算出する(ステップS3)。算出した非線形入力Unlの何れかの成分Unl1、Unl2、Unl3が所定閾値を超えているのであれば(ステップS4)、閾値を超えた成分Unl1、Unl2、Unl3を当該閾値にクリップして最終的な非線形入力Unlを得る(ステップS5)。並びに、エンジン回転数及び要求燃料噴射量等に基づき、補正項Umapを決定する(ステップS6)。 If it is determined that it is not necessary to switch the gain J, the linear input U eq is calculated (step S2), and the nonlinear input Unl is calculated using the previous gain J as it is (step S3). If any component U nl1 , U nl2 , U nl3 of the calculated nonlinear input U nl exceeds a predetermined threshold (step S4), the components U nl1 , U nl2 , U nl3 exceeding the threshold are set as the threshold To obtain the final nonlinear input Unl (step S5). In addition, a correction term U map is determined based on the engine speed, the required fuel injection amount, and the like (step S6).

翻って、ゲインJを切り換える必要があると判断した場合には、エンジン回転数及び要求燃料噴射量等に基づいてゲインJを決定する(ステップS7)。さらに、式(数27)の条件を満足するような状態量Xeを逆算、ECU5のメモリに記憶保持している状態量Xeの書き換えを行う(ステップS8)。その上で、線形入力Ueq及び非線形入力Unlを算定し(ステップS2ないしS5)、補正項Umapを決定する(ステップS6)。 Conversely, when it is determined that the gain J needs to be switched, the gain J is determined based on the engine speed, the required fuel injection amount, and the like (step S7). Furthermore, calculated back state quantity X e that satisfies the conditions of equation (27), rewrites the state quantity X e are stored and held in the memory of the ECU 5 (step S8). After that, the linear input U eq and the nonlinear input U nl are calculated (steps S2 to S5), and the correction term U map is determined (step S6).

しかる後、線形入力Ueq、非線形入力Unl及び補正項Umapの和である制御入力Uを操作部45、42、33に与え、これら操作部45、42、33を操作する(ステップS9)。ECU5は、上記のステップS1ないしS9を反復する。 Thereafter, a control input U that is the sum of the linear input U eq , the nonlinear input U nl, and the correction term U map is given to the operation units 45, 42, 33, and these operation units 45, 42, 33 are operated (step S 9). . The ECU 5 repeats the above steps S1 to S9.

本実施形態によれば、内燃機関2またはこれに付帯する装置をスライディングモード制御するものであって、スライディングモードコントローラ51が演算する、操作部45、42、33に与えるべき制御入力Uのうちの非線形入力項Unlが式(数23)の形で表されることを特徴とする制御装置5を構成したため、切換関数σが0に近い、即ちプラントの状態Xeが切換超平面Sに近い値域で上下したとしても、非線形入力Unlが急激に増減せず、ハンチングの引き金とならない。また、非線形入力Unlから平滑化係数ηが消失することに伴い、平滑化係数ηの適合を行う工数を削減することにもつながる。 According to this embodiment, the internal combustion engine 2 or a device attached thereto is controlled in the sliding mode, and the control mode U of the control inputs U to be given to the operation units 45, 42, 33 calculated by the sliding mode controller 51 is Since the control device 5 is characterized in that the nonlinear input term U nl is expressed in the form of the equation (Equation 23), the switching function σ is close to 0, that is, the plant state X e is close to the switching hyperplane S. Even if the value fluctuates up and down, the nonlinear input Unl does not increase or decrease rapidly and does not trigger hunting. Further, along with the disappearance of the smoothing coefficient η from the nonlinear input Unl, the man-hour for performing the smoothing coefficient η is reduced.

加えて、式(数23)に則って算出した非線形入力項Unlが所定閾値を超えた暁には、非線形入力項Unlを当該閾値にクリップした上で制御入力Uを算定するため、非線形入力Unlが際限なく巨大化することもない。 In addition, when the nonlinear input term U nl calculated according to the equation (Equation 23) exceeds a predetermined threshold, the nonlinear input term U nl is clipped to the threshold and the control input U is calculated. input U nl is nor does it endlessly huge.

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、内燃機関の運転領域に応じてゲインJを切り換えていたが、ゲインJを運転領域如何によらず一定とする態様もとり得る。   The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. For example, in the above-described embodiment, the gain J is switched according to the operating region of the internal combustion engine. However, a mode in which the gain J is constant regardless of the operating region can be taken.

制御入力Uに加味する補正項Umapの決定手法もまた、一意には限定されない。 The method for determining the correction term U map added to the control input U is not uniquely limited.

EGR制御における制御入力変数は、EGRバルブ開度、可変ノズルターボ開度及びスロットルバルブ開度には限定されない。制御出力変数も、EGR率(または、EGR量)及び吸気管内圧力(または、吸気量)には限定されない。新たな入力変数、出力変数を付加して、4入力3出力の3次システムを構築するようなことも可能である。例えば、吸気系に過給機(のコンプレッサ)をバイパスする通路が存在している場合、その通路上に設けられたバルブをも操作することがある。このとき、当該バイパス通路内の圧力または流量等を制御出力変数に含め、当該バイパス通路上のバルブの開度を制御入力変数に含めることができる。   Control input variables in the EGR control are not limited to the EGR valve opening, the variable nozzle turbo opening, and the throttle valve opening. The control output variable is not limited to the EGR rate (or EGR amount) and the intake pipe pressure (or intake amount). It is also possible to construct a tertiary system with four inputs and three outputs by adding new input variables and output variables. For example, when a passage that bypasses the supercharger (compressor) is present in the intake system, a valve provided on the passage may be operated. At this time, the pressure or flow rate in the bypass passage can be included in the control output variable, and the opening of the valve on the bypass passage can be included in the control input variable.

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。   Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、例えば、過給機及びEGR装置が付帯した内燃機関のEGR率を制御するための制御コントローラとして利用することができる。   The present invention can be used, for example, as a control controller for controlling the EGR rate of an internal combustion engine attached with a supercharger and an EGR device.

5…ECU(制御装置)
51…適応スライディングモードコントローラ
52…補正制御部
5 ... ECU (control device)
51 ... Adaptive sliding mode controller 52 ... Correction control unit

Claims (2)

内燃機関またはこれに付帯する装置をスライディングモード制御するものであって、
スライディングモードコントローラが演算する、操作部に与えるべき制御入力Uのうちの非線形入力項Unlが下式(数28)の形で表され(但し、Sは切換超平面を構成する行列、Bは状態方程式における入力行列、Jは非線形入力U nl の算出にあたり乗ずるゲイン、σは切換関数)、
式(数28)に則って算出した非線形入力項U nl が所定閾値を超える場合には、非線形入力項U nl を当該閾値にクリップした上で制御入力Uを算定し、
非線形入力U nl の算出にあたり乗ずるゲインJを内燃機関の運転領域に応じて切り換えることとし、
ゲインをJ n-1 からJ n に切り換える際には、その切り換え直前の時点における切換関数σ n-1 と切り換え直後の時点における切換関数σ n との間に下式(数29)の関係が成立するように、切換関数σ n を算出することを特徴とする制御装置。
Figure 0005460267
Figure 0005460267
A sliding mode control of an internal combustion engine or a device attached thereto,
The nonlinear input term Unl of the control inputs U to be given to the operation unit, which is calculated by the sliding mode controller, is expressed in the form of the following equation (Equation 28) (where S is a matrix constituting the switching hyperplane, and B is input matrix in the state equation, J gain multiplied in the calculation of the nonlinear input U nl, sigma is switching function),
When the nonlinear input term U nl calculated according to the equation (Equation 28) exceeds a predetermined threshold, the nonlinear input term U nl is clipped to the threshold and the control input U is calculated.
Gain J is multiplied in the calculation of the nonlinear input U nl and switching in accordance with the operating range of the internal combustion engine,
When switching the gain from J n-1 to J n is the relation of the following equation (Equation 29) between the switching function sigma n at the time immediately after the switching between the switching function sigma n-1 at the time of the immediately before switching A control device that calculates a switching function σ n so as to hold .
Figure 0005460267
Figure 0005460267
スライディングモードコントローラが演算した線形入力項U eq 及び非線形入力項U nl に、さらに、内燃機関の運転領域毎に設定した適応項を加味して、制御入力Uを算定する請求項1記載の制御装置。 2. The control apparatus according to claim 1 , wherein the control input U is calculated by adding an adaptive term set for each operating region of the internal combustion engine to the linear input term U eq and the nonlinear input term U nl calculated by the sliding mode controller. .
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