JP5569426B2 - エンジン制御プログラム及び装置 - Google Patents
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Description
一般的なプラント(例えばディーゼルエンジン)を状態方程式で表現すると以下のようになる。
(1−19)式ではΔupを用いて評価関数を定義していたが、単にupを用いて定義することも可能である。
EGRバルブ及びVNTノズルは、開閉されるものであるから、全閉が0、全開が1又は100といったように、制約を有する。従って、このような制約を考慮して上で述べたような評価関数J(k)を最小にする解を求めることになる。すなわち、モデル予測制御では、このような制約条件の下での最適化問題を解くことになる。
第2の実施の形態についても、第3の実施の形態のように、制約条件に従った形で制御を行うように変形することができる。
(1−4)式におけるむだ時間補償量τ(=[τ11,τ12,τ21,τ22])、プラントの行列Ap並びにBp等は運転モードによって異なる。従って、運転モードの切替が検出された場合又は所定時間毎にこれらによって影響を受ける行列を計算し直すと、より効果的である。
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、
前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値と前記エンジンが有するむだ時間特性をパディ近似により表すことで追加される前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態とを表す状態ベクトルと第1の行列との積と、前記排気循環器のバルブ開度と前記可変ノズルターボのノズル開度とを表す操作量ベクトルと第2の行列との積との和により1単位時間後の状態ベクトルが表される合成状態方程式における前記第1の行列と前記第2の行列とを用いて前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態を状態オブザーバによって推定し、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値と併せて状態ベクトルを生成するステップと、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた前記新気量の目標値及び前記吸気圧の目標値と、生成した前記状態ベクトルとから、前記第1の行列と前記第2の行列とから得られる行列を用いてモデル予測制御を実施することで、前記排気循環器のバルブ開度の操作量と前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量とを算出し、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップと、
をプロセッサに実行させ、
前記第1の行列により、前記状態ベクトルに含まれる要素間の相互作用を表し、
前記第2の行列が、
前記排気循環器のバルブ開度が前記吸気圧に影響を与える干渉要素と、前記可変ノズルターボのノズル開度が前記新気量に影響を与える干渉要素とを含む、前記エンジンの状態方程式における行列と、
前記排気循環器のバルブ開度が前記吸気圧に関する内部状態に影響を与える干渉要素と、前記可変ノズルターボのノズル開度が前記新気量に関する内部状態に影響を与える干渉要素とを含む、前記むだ時間特性をパディ近似で表すことで規定される状態方程式における行列と
を含む、エンジン制御プログラム。
前記第1の行列が、
前記吸気圧が前記新気量に影響を与える干渉要素と前記新気量が前記吸気圧に影響を与える干渉要素とを含む、前記エンジンの状態方程式における行列と、
前記吸気圧に関する内部状態が前記新気量に関する内部状態に影響を与える干渉要素と前記新気量に関する内部状態が前記吸気圧に関する内部状態に影響を与える干渉要素とを含む、前記むだ時間特性をパディ近似で表すことで規定される状態方程式における行列と、
前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態が前記新気量に影響を与える干渉要素、及び前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態が前記吸気圧に影響を与える干渉要素と
を含む付記1記載のエンジン制御プログラム。
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じて前記第1の行列及び前記第2の行列を更新するステップ
をさらに前記プロセッサに実行させるための付記1又は2記載のエンジン制御プログラム。
前記第1の行列及び前記第2の行列が、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じて変化するむだ時間の補償量に応じて算出される
付記3記載のエンジン制御プログラム。
前記モデル予測制御の処理が、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の時系列値が、前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノイズターボのノズル開度の飽和による制約条件を満たすか判断するステップと、
前記制約条件が満たされないと判断された場合には、前記制約条件を満たしつつ、追従誤差に関する値と、操作量に関する値とを重み付け加算した評価関数の値を最小化するように、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の時系列値を計算し直すステップと、
を含む付記1記載のエンジン制御プログラム。
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、
前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値と前記エンジンが有するむだ時間特性をパディ近似により表すことで追加される前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態とを表す状態ベクトルと第1の行列との積と、前記排気循環器のバルブ開度と前記可変ノズルターボのノズル開度とを表す操作量ベクトルと第2の行列との積との和により1単位時間後の状態ベクトルが表される合成状態方程式における前記第1の行列と前記第2の行列とを用いて前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態を状態オブザーバによって推定し、第2の状態ベクトルを生成するステップと、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた前記新気量の目標値及び前記吸気圧の目標値と、生成した前記第2の状態ベクトルと、前記第1の行列と前記第2の行列とから得られる行列とを用いてモデル予測制御を実施することで、前記排気循環器のバルブ開度の操作量と前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量とを算出し、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップと、
を含み、
前記第1の行列により、前記状態ベクトルに含まれる要素間の相互作用を表し、
前記第2の行列が、
前記排気循環器のバルブ開度が前記吸気圧に影響を与える干渉要素と、前記可変ノズルターボのノズル開度が前記新気量に影響を与える干渉要素とを含む、前記エンジンの状態方程式における行列と、
前記排気循環器のバルブ開度が前記吸気圧に関する内部状態に影響を与える干渉要素と、前記可変ノズルターボのノズル開度が前記新気量に関する内部状態に影響を与える干渉要素とを含む、前記むだ時間特性をパディ近似で表すことで規定される状態方程式における行列と
を含む、エンジン制御方法。
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するデータ取得部と、
前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値と前記エンジンが有するむだ時間特性をパディ近似により表すことで追加される前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態とを表す状態ベクトルと第1の行列との積と、前記排気循環器のバルブ開度と前記可変ノズルターボのノズル開度とを表す操作量ベクトルと第2の行列との積との和により1単位時間後の状態ベクトルが表される合成状態方程式における前記第1の行列と前記第2の行列とを用いて前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態を推定し、第2の状態ベクトルを生成する状態オブザーバと、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた前記新気量の目標値及び前記吸気圧の目標値と、生成した前記第2の状態ベクトルと、前記第1の行列と前記第2の行列とから得られる行列とを用いてモデル予測制御を実施することで、前記排気循環器のバルブ開度の操作量と前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量とを算出し、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するモデル予測制御部と、
を有し、
前記第1の行列により、前記状態ベクトルに含まれる要素間の相互作用を表し、
前記第2の行列が、
前記排気循環器のバルブ開度が前記吸気圧に影響を与える干渉要素と、前記可変ノズルターボのノズル開度が前記新気量に影響を与える干渉要素とを含む、前記エンジンの状態方程式における行列と、
前記排気循環器のバルブ開度が前記吸気圧に関する内部状態に影響を与える干渉要素と、前記可変ノズルターボのノズル開度が前記新気量に関する内部状態に影響を与える干渉要素とを含む、前記むだ時間特性をパディ近似で表すことで規定される状態方程式における行列と
を含む、エンジン制御装置。
1000 エンジン制御装置
100 計画器
110 モデル予測制御部
120 状態オブザーバ
130 エンジン特性
Claims (7)
- 排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、
前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値と前記エンジンが有するむだ時間特性をパディ近似により表すことで追加される前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態とを表す状態ベクトルと第1の行列との積と、前記排気循環器のバルブ開度と前記可変ノズルターボのノズル開度とを表す操作量ベクトルと第2の行列との積との和により1単位時間後の状態ベクトルが表される合成状態方程式における前記第1の行列と前記第2の行列とを用いて前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態を状態オブザーバによって推定し、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値と併せて状態ベクトルを生成するステップと、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた前記新気量の目標値及び前記吸気圧の目標値と、生成した前記状態ベクトルとから、前記第1の行列と前記第2の行列とから得られる行列を用いてモデル予測制御を実施することで、前記排気循環器のバルブ開度の操作量と前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量とを算出し、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップと、
をプロセッサに実行させ、
前記第1の行列により、前記状態ベクトルに含まれる要素間の相互作用を表し、
前記第2の行列が、
前記排気循環器のバルブ開度が前記吸気圧に影響を与える干渉要素と、前記可変ノズルターボのノズル開度が前記新気量に影響を与える干渉要素とを含む、前記エンジンの状態方程式における行列と、
前記排気循環器のバルブ開度が前記吸気圧に関する内部状態に影響を与える干渉要素と、前記可変ノズルターボのノズル開度が前記新気量に関する内部状態に影響を与える干渉要素とを含む、前記むだ時間特性をパディ近似で表すことで規定される状態方程式における行列と
を含む、エンジン制御プログラム。 - 前記第1の行列が、
前記吸気圧が前記新気量に影響を与える干渉要素と前記新気量が前記吸気圧に影響を与える干渉要素とを含む、前記エンジンの状態方程式における行列と、
前記吸気圧に関する内部状態が前記新気量に関する内部状態に影響を与える干渉要素と前記新気量に関する内部状態が前記吸気圧に関する内部状態に影響を与える干渉要素とを含む、前記むだ時間特性をパディ近似で表すことで規定される状態方程式における行列と、
前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態が前記新気量に影響を与える干渉要素、及び前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態が前記吸気圧に影響を与える干渉要素と
を含む請求項1記載のエンジン制御プログラム。 - 前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じて前記第1の行列及び前記第2の行列を更新するステップ
をさらに前記プロセッサに実行させるための請求項1又は2記載のエンジン制御プログラム。 - 前記第1の行列及び前記第2の行列が、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じて変化するむだ時間の補償量に応じて算出される
請求項3記載のエンジン制御プログラム。 - 前記モデル予測制御の処理が、
前記排気循環器のバルブ開度の操作量の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の時系列値が、前記排気循環器のバルブ開度及び前記可変ノイズターボのノズル開度の飽和による制約条件を満たすか判断するステップと、
前記制約条件が満たされないと判断された場合には、前記制約条件を満たしつつ、追従誤差に関する値と、操作量に関する値とを重み付け加算した評価関数の値を最小化するように、前記排気循環器のバルブ開度の操作量の時系列値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量の時系列値を計算し直すステップと、
を含む請求項1記載のエンジン制御プログラム。 - 排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するステップと、
前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値と前記エンジンが有するむだ時間特性をパディ近似により表すことで追加される前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態とを表す状態ベクトルと第1の行列との積と、前記排気循環器のバルブ開度と前記可変ノズルターボのノズル開度とを表す操作量ベクトルと第2の行列との積との和により1単位時間後の状態ベクトルが表される合成状態方程式における前記第1の行列と前記第2の行列とを用いて前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態を状態オブザーバによって推定し、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値と併せて状態ベクトルを生成するステップと、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた前記新気量の目標値及び前記吸気圧の目標値と、生成した前記状態ベクトルとから、前記第1の行列と前記第2の行列とから得られる行列を用いてモデル予測制御を実施することで、前記排気循環器のバルブ開度の操作量と前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量とを算出し、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するステップと、
を含み、
前記第1の行列により、前記状態ベクトルに含まれる要素間の相互作用を表し、
前記第2の行列が、
前記排気循環器のバルブ開度が前記吸気圧に影響を与える干渉要素と、前記可変ノズルターボのノズル開度が前記新気量に影響を与える干渉要素とを含む、前記エンジンの状態方程式における行列と、
前記排気循環器のバルブ開度が前記吸気圧に関する内部状態に影響を与える干渉要素と、前記可変ノズルターボのノズル開度が前記新気量に関する内部状態に影響を与える干渉要素とを含む、前記むだ時間特性をパディ近似で表すことで規定される状態方程式における行列と
を含む、エンジン制御方法。 - 排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンに対する燃料噴射量の設定値、エンジン回転数の設定値、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値を取得するデータ取得部と、
前記吸気圧の測定値及び前記新気量の測定値と前記エンジンが有するむだ時間特性をパディ近似により表すことで追加される前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態とを表す状態ベクトルと第1の行列との積と、前記排気循環器のバルブ開度と前記可変ノズルターボのノズル開度とを表す操作量ベクトルと第2の行列との積との和により1単位時間後の状態ベクトルが表される合成状態方程式における前記第1の行列と前記第2の行列とを用いて前記吸気圧に関する内部状態及び前記新気量に関する内部状態を推定し、前記エンジンの吸気圧の測定値及び新気量の測定値と併せて状態ベクトルを生成する状態オブザーバと、
前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた前記新気量の目標値及び前記吸気圧の目標値と、生成した前記状態ベクトルとから、前記第1の行列と前記第2の行列とから得られる行列を用いてモデル予測制御を実施することで、前記排気循環器のバルブ開度の操作量と前記可変ノズルターボのノズル開度の操作量とを算出し、前記燃料噴射量の設定値及び前記エンジン回転数の設定値に応じた、前記排気循環器のバルブ開度の基準値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の基準値を加算することで、前記排気循環器のバルブ開度の指令値及び前記可変ノズルターボのノズル開度の指令値を算出するモデル予測制御部と、
を有し、
前記第1の行列により、前記状態ベクトルに含まれる要素間の相互作用を表し、
前記第2の行列が、
前記排気循環器のバルブ開度が前記吸気圧に影響を与える干渉要素と、前記可変ノズルターボのノズル開度が前記新気量に影響を与える干渉要素とを含む、前記エンジンの状態方程式における行列と、
前記排気循環器のバルブ開度が前記吸気圧に関する内部状態に影響を与える干渉要素と、前記可変ノズルターボのノズル開度が前記新気量に関する内部状態に影響を与える干渉要素とを含む、前記むだ時間特性をパディ近似で表すことで規定される状態方程式における行列と
を含む、エンジン制御装置。
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